На вопрос, прозрачна ли земная атмосфера, самый простой и точный ответ, казалось бы, такой: при отсут­ствии облачности земная атмосфера прозрачна, а при сплошной облачности непрозрачна. На самом деле поставленный вопрос гораздо более сложен.

Каждое тело излучает электромагнитные колебания всех возможных частот. Распределение энергии по часто­там зависит от температуры излучающего тела. Чем выше температура, тем большая доля энергии излучения прихо­дится на Высокочастотные кванты.

Для каждой темпера­туры излучения существует длина волны ƛm, в которой энергия излучения максимальна. Чем больше отличается некоторая длина волны ƛ (как в сторону коротких, так и в сторону длинных волн) от ƛm, тем меньше энергии излучения тела приходится на эту длину волны. Темпера­тура тела Т и длина волны ƛm, в которой энергия излуче­ния тела максимальна, связаны простым соотношением

ƛm·Т = 0,2897       (1)

называемым законом Вина. Здесь длина волны выражена в сантиметрах, температура Т в Кельвинах.

Из этого закона, например, следует, что максимум из­лучения #звезды с температурой поверхности 4000 К при­ходится на длину волны 7,24 • 10-5 см, что соответствует красным лучам, а для звезды с температурой 8000 К — на ƛ = 3,62 • 10-5 см (фиолетовая область спектра). В ре­зультате смешения излучений всех длин волн первая звезда наблюдается нами как красная, а вторая как белая.

Температура поверхности Солнца 6000 К. Максимум энергии излучения при такой температуре приходится на длину волны 4,83 • 10-5 см; это желтые лучи.

Чтобы видеть окружающие предметы на Земле, чело­век использует освещенность их солнечным светом. По­этому в ходе эволюции человеческий глаз приспособился улавливать электромагнитные колебания с длинами волн, в которых энергия излучения Солнца достаточно велика. Это —участок спектра от 3,8 ·10-5 до                    7,8 8 ·10-5см, от фиолетовых до красных лучей, содержащий, разумеется, в себе длину волны, в которой энергия излучения Солнца максимальна. Для электромагнитных колебаний с длина­ми волн, находящимися вне упомянутого участка, чело­веческий глаз слеп.
Но, повторим еще раз, каждое тело излучает во всех длинах волн и излучение всех длин волн несет сведения об излучающем теле.

Для всестороннего исследования звезд, галактик и других объектов нужно принимать и анализировать свой­ства их излучения во всех частотах. Чем обширнее будут исследованные области спектра тем полнее будут полу­ченное данные.

Поэтому при ответе на вопрос, прозрачна ли земная атмосфера, нужно иметь в виду все длины волн, а но только излучение узкого участка спектра, доступное человеческому глазу.

Рассмотрим область спектра от длин волн 10-10 см до длин волн 10+8 см. Эта область охватывает практически все излучение тел, с которыми имеют дело астрономия и физика. Построим логарифмическую шкалу длин волн так, чтобы каждая единица длины шкалы соответствовала увеличению длины волны в 100 раз.

На этом рисунке указано также принятое в физике разбиение всего диапазона длин волн на отдельные обла­сти: гамма-лучей (самых коротковолновых), затем рентгеновских, ультрафиолетовых, видимых, инфракрасных и радиолучей. Мы видим, что на долю видимых лучей, которые до сравнительно недавнего времени только и    использовались в астрономии, приходится очень малая область всего диапазона длин волн. Если, используя эту узенькую область, астрономия все-таки добилась больших успехов, то каких замечательных результатов она достиг­нет, когда научится добывать  сведения, анализируя излу­чение всех длин волн.

Однако это трудно сделать, так как для многих обла­стей длин волн атмосфера Земли оказалась непрозрачной. На рисунке штриховкой показаны области длин волн, по разным причинам не пропускаемых земной атмосферой. Мы видим, что имеется лишь два окна прозрачности. Одно из них охватывает область видимых лучей, часть ультра­фиолетовой и часть инфракрасной области. Другое окно прозрачности расположено в области радиолучей, прости­рается приблизительно от длин волн 0,9 см до 90 м.

Если при выполнении наблюдений не выходить за пределы земной атмосферы, то возможно использование только излучения, проходящего сквозь окна прозрачно­сти. До сороковых годов нашего столетия астрономия использовала только одно из этих окон, и лишь в наши дни энергичное освоение проходящего сквозь атмосферу излучения в радиоволнах и в нескольких узких интерва­лах длин волн инфракрасного излучения, для которых атмосфера также прозрачна, позволило сделать новые крупные шаги в исследовании Вселенной.

На искусственных спутниках Земли теперь стали уста­навливать телескопы, позволяющие выполнять наблюдения в «запретных» раньше длинах волн дальнего ультра­фиолетового, рентгеновского и гамма-излучения. Уже первые полученные здесь результаты привели к интерес­нейшим открытиям. И можно говорить о возникновении, наряду с радиоастрономией, инфракрасной, рентгеновской и гамма-астрономии. Астрономия стала вести наступле­ние на загадки Вселенной по всему фронту длин волн.

 

Т.А.Агекян «Звезды, Галактики, Метагалактики» 1981 год. Издание третье, переработаное и дополненое

Приглашаем Вас обсудить данную публикацию на нашем форуме о космосе.