Астроном с термометром

В 1800 г. Вильям (Фридрих Вильгельм) Гершель (1738-1822) поставил интересный и необычный опыт: к обычному астрономическому инструменту он добавил типичный физический измерительный прибор -термометр.

Ставя свой эксперимент, казавшийся его коллегам по меньшей мере странным, Гершель исходил из следующих соображений. При исследовании Солнца с помощью больших зеркальных телескопов в целях безопасности всегда приходилось ослаблять солнечный свет. Вместе с тем систематическое изучение солнечного света было необходимо и приходилось искать подходящие способы обращения с палящими лучами.

Пропуская солнечный свет через призму, Гершель пытался получить представление о свойствах солнечного спектра. Поскольку солнечные лучи несли не только свет, но и тепло (вогнутое зеркало это, в принципе, "солнечная печка": температура в его фокусе может достигать нескольких тысяч градусов), Гершель пришел к идее исследовать части спектра при помощи термометра. Он пользовался тремя измерительными приборами различной чувствительности, устанавливая их поочередно на 5-10 мин в различных участках спектра, и обнаружил, что в красной части солнечного спектра термометр показывает максимальную температуру, а в фиолетовой- минимальную. В поисках способов наиболее эффективной защиты от солнечного света он провел серию экспериментов.

Все эти исследования уже сами по себе были весьма полезны для практики наблюдений, однако неожиданно удалось получить чрезвычайно интересный результат. Изучая солнечный спектр, Гершель обнаружил, что еще более высокие температуры наблюдаются за красной частью спектра, т.е. в его "темной" области, и всерьез приступил к изучению этого вопроса. В конце концов Гершель пришел к убеждению, что наряду с видимым светом Солнце испускает лучи, не воспринимаемые глазом человека; он назвал их тепловыми лучами. Так было открыто инфракрасное излучение. Характер этого излучения тогда казался абсолютно неясным, сегодня же мы знаем, что оно представляет собой электромагнитные волны, отличающиеся от видимого света лишь большей длиной волны.

Годом позже (в 1801 г.) физик Иоганн Вильгельм Риттер (1776-1810) также провел подобный эксперимент, исследуя активность различных участков солнечного спектра. Как показал еще раньше химик Карл Вильгельм Шель (1742-1786), окись серебра лучше всего восстанавливается под влиянием тех цветов солнечного спектра, которые оказывают наименьшее тепловое воздействие, т.е. наблюдался эффект, обратный тому, что установил Гершель в опытах с термометром: фиолетовые лучи вызывали в хлористом серебре быстрые и сильные изменения, тогда как тепловые лучи почти не влияли на него. Риттер подробно исследовал эти зависимости и нашел, что в интервале между зеленым и красным цветами свет не оказывает воздействия на хлористое серебро, тогда как в области от зеленого до фиолетового цвета оно весьма заметно и, более того, сохраняется за границей фиолетовой области. Так было обнаружено излучение, лежащее в противоположной (по отношению к инфракрасному) части солнечного спектра, - ультрафиолетовое излучение.

Оба этих открытия позволяли думать, что солнечный свет скрывает в себе множество неожиданностей, обнаружение которых, вероятно, позволит глубже заглянуть в суть этого природного явления. Однако в те времена еще не существовало единых представлений о природе света, и поэтому невозможны были опыты, основанные на единой точке зрения. Происходили жаркие споры между приверженцами корпускулярной гипотезы, рассматривавшими свет как поток крошечных частиц, и поборниками волновой концепции, считавшими, что свет - это своеобразное волновое явление, причем одни из них утверждали, что свет представляет собой продольные волны, а другие говорили о поперечных волнах. Но именно эти разногласия и стимулировали постановку множества экспериментов, призванных подкрепить те или иные представления. Широкий поток исследований с неизбежностью постоянно порождал новые факты, которые вселяли в молодых, оптимистически настроенных ученых надежду на скорое начало совершенно новой эпохи в исследовании неба. В этом плане значительный интерес представили данные, полученные юным уроженцем Мюнхена оптиком Йозефом Фраунгофером, который занимался изучением солнечного спектра по сугубо практическим соображениям.