Читать книгу "Вселенная в вопросах и ответах - Владимир Сурдин"

1.16. Земля — шар

Утверждение довольно точное, поскольку полярный радиус земного шара (Rp = 6 356 752 м) короче его экваториального радиуса (Re = 6 378 137 м) всего на 21 385 м. Обычно относительную разницу этих радиусов выражает в виде полярного сжатия Земли:

Иными словами, отличие Земли от шара составляет 0,3 %.

1.17. Голубая планета Земля

Действительно, нашу Землю стали называть «голубой планетой» задолго до того, как ее увидели со стороны космонавты и сфотографировали космические роботы. С какого бы расстояния — от Юпитера, Сатурна или даже из-за пределов планетной системы — мы ни посмотрели бы на нашу планету, она голубая. Это стало ее нарицательным именем и даже проявилось в названиях книг (например, «Голубая точка» Карла Сагана. М.: Альпина нон-фикшн, 2016). О том, что Земля голубая, ученые узнали еще в начале ХХ в. благодаря работам российских астрономов Г. А. Тихова и С. С. Гальперсона, которые наблюдали отраженный от Земли свет, падающий на темную сторону лунного диска — так называемый «пепельный свет Луны». Кстати, по-английски это явление ученые называют именно «earthshine» — «отблеск Земли», хотя иногда используется и «Moon’s ashen glow» — «пепельный свет Луны», и даже поэтичное народное «the old Moon in the new Moon’s arms» — «старая Луна в объятьях молодой». Можно вспомнить, что еще Аристотель полагал, будто бы лунный диск — это зеркало, в котором отражается Земля. Сколь наивными казались эти мысли в эпоху Просвещения! Но оказалось, что в определенном смысле древнегреческий мудрец был прав: в начале ХХ в. астрономы, глядя на Луну, изучали Землю!

Детали этого исследования мы узнаем из статьи Гавриила Адриановича Тихова, опубликованной в журнале «Природа» (1914, № 12). К ней мы уже обращались в задаче о пепельном свете Луны. В этой статье в разделе «Цвет пепельного света» Тихов пишет:

Несколько лет тому назад мне пришла в голову мысль исследовать при помощи фотографии цвет пепельного света, чтобы таким образом составить понятие о том, какого цвета кажется из пространства наша Земля. Для решения этой задачи я начал производить снимки пепельного света и серпа через разные светофильтры: красный, желтый, зеленый и фиолетовый. На каждой пластинке фотографировался с длинной выдержкой пепельный свет, а рядом — несколько раз (с короткими выдержками разной продолжительности) серп; при этом выдержки для серпа были, на основании предварительных опытов, таковы, чтобы на каждой пластинке получались среди других и такие изображения серпа, яркость которых равна по возможности яркости пепельного света. Такая серия пластинок позволила определить яркость пепельного света относительно серпа в разных цветах. Таким образом, явилась возможность сравнить цвет Земли с цветом Солнца, так как, повторяем, пепельный свет — это есть Луна, освещенная Землею, а яркий серп — Луна, освещенная Солнцем.

Наблюдения Тихова показали, что

сравнительно с серпом пепельный свет вдвое богаче фиолетовыми лучами, чем красными; при этом яркость увеличивается весьма последовательно при переходе через лучи желтые и зеленые. Уже отсюда мы можем заключить, что Земля, рассматриваемая из пространства, имеет голубоватый цвет. Это заключение, естественно, привело к мысли, что в отражении Землею света в пространство значительную роль играет наша атмосфера, которая, вероятно, и придает Земле голубоватый цвет.

Далее Тихов обращается к работе о голубом цвете неба, опубликованной в 1871 г. знаменитым английским физиком лордом Рэлеем. Основываясь на созданной им теории рассеяния света мелкими частицами, диаметры которых малы по сравнению с длиною световых волн, Рэлей объяснил голубой цвет нашего неба тем, что короткие световые волны рассеиваются такими частицами значительно сильнее, чем длинные: обратно пропорционально четвертой степени длины волны. Так, например, крайние фиолетовые лучи имеют длину волны в два раза меньшую, чем крайние красные, а потому первые рассеиваются в 16 раз сильнее, чем последние. Если же диаметры частиц больше, чем длина волны, то лучи всех цветов рассеиваются одинаково и мы наблюдаем цвет совершенно белый, как, например, цвет облаков. Тихов заключает:

Таким образом, цвет Земли представляет смесь нормальной синевы неба с значительным количеством белого света; иными словами, Земля имеет цвет сильно белесоватого неба. Смотря на Землю из пространства, мы увидели бы диск указанного цвета.

Ну а если посмотрим издалека, то увидим не диск, а точку. Именно так назвал свою книгу по-английски Карл Саган — «Pale Blue Dot», «бледно-голубая точка». Ведь поводом для этого названия послужил снимок Солнечной системы, переданный 14 февраля 1990 г. «Вояджером-1» с расстояния 6 млрд км (40 а. е.), откуда Земля — точка.

Продолжая наблюдения Луны, Тихов заметил изменения в окраске и яркости пепельного света и заключил:

Мы нашли, что пепельный свет происходит от освещения Луны светом, отраженным нашей атмосферой и всем, что в ней взвешено, а потому, если меняется отражательная способность атмосферы в целом, то должны меняться яркость и цвет пепельного света. Что отражательная способность нашей атмосферы в целом меняется, об этом можно судить по многим фактам. Над каждым данным местом изменения отражательной способности атмосферы очевидны и зависят от облачности неба, прозрачности воздуха и от других метеорологических элементов. Эти изменения в разных местах могут взаимно уравновешивать друг друга, но, несомненно, не всегда. Бывают целые месяцы необыкновенной облачности или ясности, захватывающих громадные пространства земной поверхности. Кроме того, бывают периоды, когда вся земная атмосфера становится как бы загрязненной вулканической или даже космической пылью, вызывающей особенно яркие зори. Все это вызывает изменение отражательной способности нашей атмосферы в целом и, как в зеркале, должно отражаться на яркости и цвете пепельного света. Из этого видно, какой интерес представляют систематические наблюдения пепельного света Луны. Исследуя пепельный свет, мы изучаем нашу Землю в том виде, как она видна из пространства.

Так в начале XX в. ученый нашел способ, чтобы изучать нашу планету «со стороны». Астрономы использовали этот метод. Наблюдая пепельный свет, они выяснили, что его яркость месяц от месяца меняется. Это связывают с интенсивностью облачности на дневном полушарии Земли: чем больше облаков в атмосфере, тем больше солнечного света Земля отражает к Луне. Разумеется, теперь, в эпоху искусственных спутников, непрерывно фотографирующих Землю со всех сторон, метод Тихова выглядит архаичным. Но недавно о нем вспомнили вот по какому поводу.

За последние десятилетия астрономы обнаружили тысячи экзопланет, т. е. планет у других звезд. Среди них есть похожие на Землю. Как узнать, существует ли на них жизнь? В ближайшие годы вступят в строй гигантские телескопы, которые смогут не только получить изображения некоторых землеподобных экзопланет, но и собрать от них достаточно света, чтобы разложить его в спектр для поиска в нем молекулярных линий. Мы надеемся обнаружить биомаркеры — молекулы, характерные для земной жизни (другой-то мы пока не знаем!), т. е. молекулы кислорода, воды, метана… Было бы неплохо отработать этот метод на нашей Земле. Но запускать космическую обсерваторию, чтобы она издалека посмотрела на Землю, очень дорого. Как же быть?