5. Прохождение Венеры по диску Солнца. Открытие атмосферы Венеры

Впервые прохождение Венеры по диску Солнца было предсказано Кеплером (для даты 7 декабря 1631 г.). Это редкое явление происходит, как известно, периодически, с промежутками времени в 105,5 года, 8 лет, 121,5 года, 8 лет, вновь 105,5 года и т. д.

В 1761 г., перед прохождением Венеры по диску Солнца, иностранные академии в ответ на свои запросы получили от Шумахера обещание помочь их экспедициям, но так как сама Академия якобы не располагает астрономами, то на помощь русских ученых нельзя рассчитывать. Ломоносов, возмущенный этим, поднял вопрос об организации русских экспедиций для наблюдения этого редкого астрономического явления.

Особый интерес русских и иностранных астрономов к прохождению Венеры по диску Солнца 26 мая 1761 г. был связан с новым методом определения солнечного параллакса (иначе — расстояния до Солнца), предложенным в 1691 г. (вторая статья 1716 г.) английским астрономом Эдмондом Галлеем. Для этого метода было необходимо в нескольких достаточно удаленных друг от друга местах Земли с максимальной точностью определить промежуток времени от момента вступления Венеры на диск Солнца до последнего касания. Во время этого прохождения Венеры по диску Солнца наблюдения проводили более 100 астрономов в 40 с лишним пунктах. Это было первое крупное международное астрономическое начинание.

Академия наук обратилась в Правительствующий Сенат с просьбой разрешить снарядить в Сибирь, в места, наиболее благоприятные для наблюдения этого редкого астрономического явления, две экспедиции¹. Ломоносов был приглашен 11 декабря 1760 г. на заседание Правительствующего Сената, где после его объяснений состоялось решение о посылке экспедиций в Иркутск под руководством профессора Н.И. Попова и в Селенгинск под руководством ученика Л. Эйлера адъюнкта С.Я. Румовского.

Ломоносов и в дальнейшем заботился об этих экспедициях, исправил и дополнил инструкцию, составленную для Попова канцелярией Академии, ходатайствовал в Сенате об указе местным властям о содействии экспедиции.

М.В. Ломоносов за астрономическими наблюдениями

Неудовлетворенный предвычислениями, которые были опубликованы в «Сочинениях и переводах, к пользе и увеселению служащих» в статье Эпинусе «Известия о наступающем прохождении Венеры между Солнцем и Землей», Ломоносов выступил на заседании Конференции с возражениями, отмечая «погрешности» работы Эпинуса. Позднее он сам предпринял вычисления и составил «Показание пути Венерина по солнечной плоскости каким образом покажется наблюдателям и смотрителям в разных частях света майя 26 дня 1761 года». «Причины к сему показанию, — пишет Ломоносов, — подал мне несправный и недостаточный чертеж пути помянутыя планеты по Солнцу в напечатанном здесь² известии о прохождении Венеры между Солнцем и Землей, при котором нетокмо любопытные смотрители, но и сами посылаемые в Сибирь обсерваторы в примечании вступления Венеры на солнечную плоскость и видимое движение по оной могут обмануться. Ибо ожидая того не на том месте где надлежит, могут легко пропустить самое онаго первое мгновение».

Ломоносов предполагал сам определить моменты начала и окончания явления для долготы Санкт-Петербурга, Парижа, Лондона, Берлина, Иркутска, Нерчинска, Пекина и еще пяти мест. По какой-то причине эта работа не была опубликована при жизни Ломоносова.

Вследствие плохой погоды наблюдения обеих экспедиций не удались. В Петербурге явление началось после 4 ч. утра и окончилось после 10 ч. Как указывалось выше, Красильников и Курганов наблюдали на обсерватории, М.В. Ломоносов наблюдал у себя дома³.

Рис. 6. Рисунки М.В. Ломоносова к описанию его наблюдений прохождения Венеры по диску Солнца 26 мая 1761 г.

На следующий же день (27 мая) Ломоносов начал писать статью «Явление Венеры на Солнце, наблюденное в Санктпетербургской императорской Академии наук майя 26 дня 1761 года», в которой, помимо собственных наблюдений, использовал журнал наблюдений А.Д. Красильникова и Н.Г. Курганова⁴. В ней он наряду с подробным отчетом о «строгих астрономических наблюдениях» сообщает о том, что он «любопытствовал у себя больше для физических примечаний», наблюдая явление сквозь «весьма не густо копченое стекло» в небольшую трубу (длиною в 4,5 фута) с сильным хроматизмом, дававшую хорошие изображения только около центра поля зрения.

Ломоносов «намерился только примечать начало и конец явления и на то употребить всю силу глаза; а в протчее время прохождения дать ему отдохновение».

Первым долгом Ломоносов отмечает неточность эфемериды Эпинуса — вступление Венеры на диск Солнца опоздало на 40 минут; затем следует знаменитое описание атмосферы Венеры. Ломоносов обратил внимание на то, что солнечный край как бы затуманился, когда Венера приблизилась к нему, и вторично несколько расплылся, когда, сойдя с диска, она удалялась от него.

«Ожидая вступления Венерина на солнце около сорока минут после предписанного в ефемеридах времени, увидел наконец, что солнечной край чаемого вступления стал неявственен и несколько будто стушован, а прежде был весьма чист и везде равен...» и дальше: «При выступлении Венеры из солнца, когда передней ее край стал приближаться к солнечному краю и был около десятой доли Венерина диаметра, тогда появился на краю солнца пупырь [рис. 6], который тем явственнее учинился, чем ближе Венера к выступлению приходила (смотри фиг. 3 и 4). LS значит край солнца; mm выпуклистое перед Венерою солнце. Вскоре оной пупырь потерялся, и Венера показалась вдруг без края (смотри фигуру 5); nn отрезок, хотя весьма малой, однако явственной. Полное выхождение, или последнее прикосновение Венеры заднего края к солнцу при самом выходе, было также с некоторым отрывом и с неясностью солнечного края».

Рис. 7. К объяснению «явления Ломоносова»

Появление светового ободка вокруг диска Венеры, частично находящегося на диске Солнца, получило наименование «явления Ломоносова». Это результат преломления (рефракции) солнечных лучей в верхних слоях атмосферы Венеры.

Особый чертеж (рис. 7) Ломоносов посвящает объяснению этого явления. «Сие, — пишет он, — не что иное показывает, как преломление лучей солнечных в Венериной атмосфере.

LP — конец диаметра видимой солнечной плоскости (фиг. 7); sch — тело Венеры; mnn — ее атмосфера; LO — простирающийся луч к обсерваторову глазу от самого края Солнца вплоть подле тела Венеры, ежели бы атмосферы не было. Но когда есть атмосфера, тогда самого края солнечного луч Ld, преломившись в d, к перпендикуляру достигает до h и, преломившись от перпендикуляра, простирается к глазу смотрителеву в O. А из оптики известно, что глаз видит по той линее, которая в него входит; для того самый край Солнца L уже через преломление должен быть видим в R, по линее прямой OR, то есть далее самого края солнечного L, и ради того излишек расстояния LR представить должен пупырь на краю солнечном перед передним краем Венеры при ее выступлении».

Наблюдение этого ободка привело М.В. Ломоносова к заключению о существовании на Венере значительной атмосферы: «По сим примечаниям господин советник Ломоносов рассуждает, что планета Венера окружена знатной воздушной атмосферой, таковой (лишь бы не большею), какова обливается около нашего шара земного»⁵. Хотя многие наблюдатели, — как замечает сам Ломоносов, — отметили в своих записях описанное явление, — лишь он один дал ему правильное толкование. Оно позволило говорить о сходстве Венеры с нашей Землей.

Открытие атмосферы на Венере имело большое значение для укрепления позиции защитников коперниканства в России.

Несмотря на то, что отчет об открытии атмосферы был опубликован в том же 1761 г. на немецком и русском языках, лишь спустя 30 лет европейские ученые (английский астроном Гершель, немецкий астроном Шретер) убедились в существовании атмосферы Венеры, обнаружив удлинение рогов видимого серпа планеты⁶.

Профессор В.В. Шаронов (см. Список литературы), подробно проанализировав все обстоятельства наблюдений Ломоносова и его рисунки, нашел, что угол горизонтальной рефракции должен составлять всего лишь 22″ (против 35′ для земной рефракции на поверхности нашей планеты). Это свидетельствует о том, что «явление Ломоносова» связано с очень высокими разреженными слоями атмосферы Венеры, слоями, лежащими над плотным облачным слоем, создающим белую оболочку, сквозь которую не видна поверхность планеты. Под этой облачной пеленой должна находиться достаточно прозрачная атмосфера Венеры, создающая сумеречные явления на этой планете (в том числе удлинение рогов Венеры вблизи от нижнего соединения).

Можно думать, что Ломоносов предполагал в дальнейшем продолжить изучение Венеры. Рассчитывая обнаружить на поверхности Венеры горы и моря, подобные земным, он заранее подобрал для них названия. В «Химических н оптических записках» (1762—1763 гг.) под № 40 имеется следующая запись.

«Горы на Венере. Семирамида, Клеопатра, Лавиния, Кассандра, Сафа, Сулпиция, Клелия, Коринна, Гекуба, Андромаха, Люкреция, Агриппина.

Моря. Балтийское, Каспийское, Белое, Океан, Мурманское, Карское, Чайское, Камчатское, Пенжинское, Байкал, Ладога, Онега, Ильмень, Белоозеро». В тех же «Записках» под № 169, 59 есть такие памятные записи: «Смерить вышину гор на луне и на В», «После произведенных наблюдений сделать по ним Венеру из Гипса для демонстрации пятен» (№ 169).

Теперь, в эпоху быстрого развития советских астронавтических исследований, уместно вспомнить, что 225 лет назад беспокойный пытливый ум великого Ломоносова начал дело, которое в наши дни привело к замечательным открытиям, к радиолокационным измерениям с целью изучения рельефа поверхности Венеры, а также к поразительным панорамным снимкам, полученным советскими спускаемыми аппаратами и переданными затем на Землю.

Примечания

1. Еще одна экспедиция была направлена в Тобольск, где наблюдателем был французский астроном Ж. Шапп д'Отерош. О своих наблюдениях он сделал доклад в Петербургской Академии наук 8 января 1762 г.

2. Здесь, т. е. в тех же «Сочинениях и переводах», где Ломоносов предполагал опубликовать эту работу.

3. Об обсерватории Ломоносова в его доме на Мойке см. статью В.Л. Ченакала в ИАИ, 1957, вып. 3, с. 347—365.

4. Сам Ломоносов пишет о А.Д. Красильникове (1705—1773): «Господин Красильников, ученик профессоров Делили и Фаргуарсона, с 1733 года был в Камчатской експедиции 13 лет, для астрономических наблюдений, по возвращении ездил ради таких же дел в Нарву, Ревель, Ригу и на остров Даго, ради точного сочинения морских карт. Сими его наблюдениями определено расстояние долготы всего Российского государства от Петропавловской гавани, что на восточном берегу Камчатки, даже до мыса Дагерорта; также и на многих местах им показана долгота и широта внутрь Российской державы. В 1753 году посылай был он от Академии Наук в Москву для наблюдения являемого прохождения Меркурия по солнцу. Что все он исполнил, и в Академических Комментариях и Сочинениях напечатано» (Сочинения, т. V, с. 115—116). См. о нем статью Н.И. Невской в ИАИ, 1957, вып. 3, с. 453—484.

О Н.Г. Курганове (1726—1796) Ломоносов сообщает: «Господин Курганов упражнялся много лет в астрономии на академической обсерватории при господине Попове, также и господине Красильникове. С сим был и в вышепомянутой експедиции в Лифляндии и Естляндии; а после того с профессором астрономии Гришовым отправлял важные астрономические наблюдения больше года на острове Езеле, и от него аттестован Академии адъюнктом. А в прошлом году истребован от Адмиралтейской коллегии в Академию Наук ради его искусства в астрономии, и назначен для астрономических наблюдений к исправлению Российского атласа» (Сочинения, т. V, с. 116). Впоследствии Курганов был инспектором морского корпуса и профессором математики и навигации. См. о нем статью А.П. Денисова в ИАИ, 1960, вып. 6, с. 121 —193.

Полный текст «Журнала наблюдений» опубликован в 1957 г. Н.В. Соколовой (см. Список литературы).

5. Полн. собр. соч., 1955, т. IV, с. 361—378.

6. Известную роль в забвении открытия атмосферы Венеры Ломоносовым сыграл отрицательный отзыв о русских наблюдениях, данный французским астрономом Пингре. Ломоносов был возмущен этим отзывом: «не довольно того, что внутрь домашних пределов произвели они такое беспокойство, но и в внешние земли оное простерли. Парижский астроном Пингре напечатал о санктпетербургских наблюдениях весьма поносительно и видно, что он наущен от здешних Красильникову и Курганову соперников» (Полн. собр. соч., 1957, т. X, с. 306).