Кроеный гигант

Чем сильнее нагрето тело, тем больше оно излучает света. Но вот звезды красноватого цвета, такие, как звезда Бетельгейзе в созвездии Орион, по сравнению с другими звездами не отличались высокой температурой. Скорее наоборот, эти звезды были холодными. Они принадлежали к классу звезд, поверхность которых нагрета всего до 3000° С. А это значит, что поток излучения единицы поверхности такой звезды в 16 раз меньше, чем поток излучения единицы поверхности Солнца. И тем не менее они давали очень много света. Почему? Может быть, у них очень большие размеры? Расчеты показывали, что в этом случае такие звезды должны быть гигантами. Но так ли все обстоит на деле?

Чтобы ответить на этот вопрос, нужно было измерить диаметр этих звезд. Даже в самый сильный телескоп звезды кажутся точками, и определить их размеры не удается. И вот эту сложнейшую задачу американские ученые - физик А. Майкельсон и астроном Ф. Пиз - решили с помощью двух щелей. Еще в середине XIX в. И. Физо предложил изящный метод, который, по его мнению, позволил бы измерить диаметр звезд. Идея Физо заключалась в следующем. Если перед линзой телескопа поставить две щели на расстоянии D, то в фокальной плоскости телескопа от удаленного источника света возникает интерференционная картина. Если теперь рассматривать через такой телескоп две очень близкие друг к другу звезды, то каждая из них образует свою систему интерференционных полос. Можно направить телескоп так, что свет от одной из звезд пойдет параллельно оптической оси телескопа. Тогда свет другой звезды будет составлять с оптической осью телескопа угол в. Этот угол и есть угловое расстояние между звездами.

Рис. 17. Применение интерференции света для определения диаметров звезд: a - расположение щелей в опыте, предложенном Физо и осуществленном Стефаном. Расстояние D слишком мало; б - Майкельсон с помощью зеркал 1, 2, 3, 4 увеличил расстояние D между щелями. Благодаря увеличению D удалось достичь равенства тета=ф/2.

Сдвиг дифракционных картин относительно друг друга определяется углом в (рис. 17, а). Центральный максимум и следующий за ним максимум дифракционной картины звезды сдвинуты на расстояние, определяемое углом ф =лямбда/D. Если расстояние D подобрать так, что угол ф будет равен 2 тета, то максимумы дифракционной картины от первой звезды совпадут с минимумами дифракционной картины от второй и освещенность в фокальной плоскости линзы будет почти равномерной - полосы размажутся, и это произойдет в тот момент, когда тета = ф/2. Таким образом, измерение угла тета сведется к определению величины D, соответствующей моменту исчезновения дифракционных полос. Ведь когда дифракционная картина исчезает, тета = лямбда/2D

Края звезды можно рассматривать как два источника света, находящиеся на угловом расстоянии, равном угловому диаметру звезды. Значит, таким способом можно определить угловой диаметр звезды, а умножив угловой диаметр на расстояние Земля - звезда, найти ее линейный диаметр.

Первая попытка осуществить предложенный Физо эксперимент принадлежит Стефану. Однако она оказалась безуспешной. Даже, когда щели отодвигались на самые края самого большого телескопа, доступного Стефану, интерференционные полосы не исчезали. Величина D оказывалась слишком малой, чтобы получить нужное значение тета.

Прошло почти 50 лет, и Майкельсону пришла блестящая идея. На большой телескоп, диаметр линзы которого 2,5 м, он положил перекладину с зеркалами, расположенными так, как представлено на рисунке 17, б. Теперь эффективным расстоянием D стал отрезок АВ, значительно больший диаметра линз телескопа. Эта система и была направлена на Бе-тельгейзе. Сначала были отчетливо видны интерференционные полосы, но, когда зеркала раздвинули, полосы исчезли. Полосы могли исчезнуть и в том случае, если бы во время передвижения зеркал одно из них слегка повернулось на перекладине. Чтобы избежать ошибки, Майкельсон, когда исчезли интерференционные полосы, направил все устройство на другую звезду - полосы появились вновь. Система работала надежно. Это был фантастический успех. С помощью щелей и зеркал удалось определить угловой диаметр звезд. У Бетельгейзе линейный диаметр оказался равным 390 млн. км. Если бы эта звезда была на месте Солнца, то земная орбита проходила бы внутри звездного тела.

перейти к началу страницы