Как известно, небесные светила близ горизонта изменяют свой истинный вид и положение, вследствие преломления лучей; лучи доходят тогда до глаза наблюдателя через более толстый слой воздуха, чем во время нахождения их на большой высоте. Солнце нередко при этом принимает вид овала, кажется красным и большим. Атмосфера не всегда бывает спокойной, разные слои воздуха могут быть не одинаково нагреты, и это еще больше искажает действительный вид светила у горизонта; Солнце может как бы прыгать, двоиться, раздробляться (рис. 74). Такое исключительно редкое явление невольно должно было привлечь внимание народа.
Около времени весеннего равноденствия (март — апрель), когда температура со дня на день прибывает, искажение светила при восходе должно быть особенно сильно, потому что нагревание воздуха с появлением Солнца над горизонтом складывается с общим весенним подъемом температуры. Осенью же, наоборот, убывание температуры понижает обычное утреннее повышение ее при появлении Солнца и, сглаживая тем контраст, не вызывает того явления, какое весною бывает очень интенсивным. Вот почему раньше и приурочивалось весеннее играние Солнца ко дню Пасхи или Благовещения, т. е. весенних праздников.
Рис. 73. Галос, наблюдавшийся в Ярославле 10 февраля 1785 года, (7293 по старинному счислению) и зарисованный русским книжником в одной из рукописей, хранящейся в Публичной библиотеке в Ленинграде.
Период утренних холодных зорь характерен для эпохи солнцестояния. Возможно, что резкий контраст притока летнего тепла с появлением Солнца над горизонтом после таких холодных утренних зорь тоже нарушает равновесие в атмосфере, вызывая необычайную рефракцию и искажение солнечного диска.
Любопытно, что искажение солнечного диска при его восходе от ненормальной рефракции описал еще автор Лаврентьевской летописи под 6738 (1230) годом: "Того же месяца мая в десятый день, в пяток пятой недели по Пасце нецыи видеша рано восходящу Солнцу, бысть на три углы яко и коврига, потом же мнети мало бысть, аки звезда, тако и погыбе, потом опять мало взыде в своем чину". Это не могло быть солнечным затмением; описанное явление можно понять только как "игру" Солнца, т. е. появление его толчками, исчезновение под горизонтом, искажение диска в виде ковриги хлеба, треугольника и маленькой точки, напоминающей звезду.
Лучи разных участков спектра преломляются, как известно, различно. Явление это носит название цветорассеяния или дисперсии. Оно вытягивает солнечный диск, находящийся на горизонте, сверху вниз, разлагая его на ряд разноцветных изображений. Средние изображения, налегая друг на друга, дают белый или желтый цвет диска, нижнее изображение дает красную полоску, верхнее — зеленую и едва уловимую синюю, сливающуюся с синевой неба. Таким образом, при восходе Солнца верхний край Солнца, появляясь над горизонтом, должен при некоторых условиях казаться сначала голубым, затем резко-зеленым. Это и носит название "зеленого луча". Такое явление и подмечено народом при наблюдениях "игры" Солнца, как можно видеть из приведенных выше записей, в которых характерно упоминание зеленого и голубого цветов. "Зеленый луч" наблюдается не только при восходе, но и закате Солнца, причем явление это часто соединяется с явлением искажения солнечного диска; оба явления друг друга не исключают. Это тоже подмечено народными наблюдениями.
Рис. 74. Искажение солнечного диска при его заходе (по П. И. Броунову).
Один из наблюдателей "зеленого луча" говорит: "Я держусь того мнения, что длительность этого явления весьма коротка и что лишь благодаря инерции сетчатки кажется, что "зеленый луч" виден дольше. Один раз случилось, что в решительный момент что-то отвлекло мое внимание, в то время как мой спутник не спускал. Вдруг он воскликнул: "гляди!" И выяснилось, что он еще сравнительно долго видел зеленый луч, в то время как я не мог его заметить. В то время как в глазу моего спутника "зеленый луч" еще долго сохранялся, и ему казалось, что он его видит, мне недоставало возбуждающего зрительный нерв раздражения".
Это объяснение имеет важное значение при понимании тех народных примет, по которым игру Солнца якобы видели лишь "праведные", "грешные" же видеть не могли.
Явление зеленого луча лучше видно там, где горизонт ровнее (морская поверхность, ровная степь), атмосфера должна быть особенно прозрачна, а Солнце восходит или заходит не красным шаром, но ослепительно-белым или желтым диском; явление хорошо видно и в высоких и в низких широтах, но высокие широты более благоприятны в смысле длительности явления. До широты 45° явление "зеленого луча" теоретически длится не более секунды, до широты 60° — до двух секунд, на широте 65° оно может продолжаться до четырех секунд. По времени года — летнее солнцестояние наиболее благоприятная эпоха для зеленого луча; Солнце в это время долго заходит и восходит, и потому длительность явления максимальна. Это как-раз эпоха праздников Иванова и петрова дня, когда в старину "караулили Солнце".
СИГНАЛЫ СОЛНЦА
В августе и сентябре 1917 г. было очень много гроз, а по вечерам небо озарялось великолепными северными сияниями. В то же время на Солнце наблюдалось очень много пятен, из которых многие достигали огромных размеров. Д. О. Святскому тогда пришла в голову мысль: нет ли соотношения между грозами и сияниями, как явлениями электромагнитного характера? Желая выяснить это, он начал статистически сопоставлять число гроз, отмеченных в России, с числом пятен на Солнце, и, к удивлению, соответствие получилось поразительное! Особенно наглядно обнаружилось оно во время пребывания на Солнце громадной группы пятен в начале августа. Эта группа была самой большой за предыдущие 45 лет. Ей сопутствовали еще 16 других групп разной величины. Общая площадь всех пятен превзошла все бывшие до того времени и занимала 17 миллиардов квадратных километров. Появление этих солнечных пятен сопровождалось сильными магнитными бурями на Земле и великолепными огнями полярных сияний в северном и южном полушарии Земли.
Движение группы по солнечному диску показано на нашей диаграмме (рис. 75) восходящей и нисходящей дугой. Средняя точка
Группа пятен появилась на восточном краю Солнца 3 августа, и в этот день гроз было мало.
8 августа в группе пятен началось сильное внутреннее движение, продолжавшееся до 14 августа. 9 августа восточное пятно отделилось от остальной группы и распалось. В это время группа приблизилась к центральному меридиану Солнца, который прошла в ночь на 10 августа. Соответственно этому число гроз значительно возросло в России. Магнитные бури отмечены в Павловской обсерватории 9, 10 и 14 августа, и в эти же дни наблюдались северные сияния (отмечены внизу диаграммы значками). Телеграфные станции окрестностей Петрограда не могли правильно работать всю неделю, с 8 по 16 августа.
Мы видим на этом примере поразительное соответствие в ходе магнитных бурь, сияний и гроз с постепенным передвижением и развитием грандиозной группы солнечных пятен.
Зависимость гроз (и других метеорологических явлений) от пятнообразовательной деятельности Солнца была подмечена уже давно статистическим путем на средних величинах метеорологических элементов; но никогда еще не обращалось внимания на столь непосредственную зависимость. Впрочем, гениальный Ломоносов обращал внимание на то, что в начале осени, обильной грозами, чаще бывают и северные сияния; Ломоносов, конечно, не подозревал тут связи с Солнцем, а объяснял это тем, что оба явления имеют одну и ту же сущность — электричество.