Речь идет именно о Венере не случайно. Наблюдениями было установлено, что угол между лучом зрения на Солнце и на Венеру не превышает 45о. Из равнобедренного треугольника Земля — Венера — Солнце можно без труда установить, что его боковая сторона (то есть расстояние Земля — Венера или Венера — Солнце) равна 0,7 расстояния от Земли до Солнца. Значит, если измерить расстояние от Земли до Венеры, то можно определить и расстояние от Земли до Солнца. Расстояние от Земли до Венеры можно определить так. Когда Венера находится точно между Землей и Солнцем, то мы ее «видим» на диске Солнца. В этом случае определить расстояние до Венеры можно точно так же, как определяют расстояние до объекта, находящегося на земле за каким-то непреодолимым препятствием (озером, рекой). Для этого из двух пунктов проводят измерения углов между лучом зрения на объект и линией, соединяющей точки наблюдения. Зная три элемента треугольника (основание и два прилегающих к нему угла), можно определить все другие его элементы, а значит, и истинное расстояние до объекта. Значит, чтобы определить расстояние до Венеры, надо вести наблюдения за ней из двух по возможности сильно удаленных пунктов. Чем больше эта удаленность, тем выше точность в измерении расстояния.
Зная точно одно расстояние (например, от Земли до Венеры), можно определить все остальные размеры Солнечной системы. Дело в том, что наблюдение углов позволяет составить точную схему системы. Остается только установить ее масштаб. А для этого достаточно знать точно одно расстояние. Удобное положение Венера занимает не часто. Это имело место в последнее время в 1874 и 1882 годы, и в ближайшем будущем это снова произойдет 8 июня 2004 года и 6 июня 2012 года. Но в принципе, кроме Венеры, можно использовать и положение других планет, например Марса или астероида Эроса.
СТРОЕНИЕ СОЛНЦА
Строение Солнца определяется составом вещества, из которого оно состоит, и теми процессами, которые внутри него протекают. Основным элементом солнечного вещества является водород. В центре Солнца он находится под огромным давлением, которое достигает 250 × 109 атм. При столь высоком давлении плотность вещества огромна, она достигает 160 г/см3. Ядра атомов здесь упакованы в 1000 раз плотнее, чем в металле. Тем не менее вещество в центральной части Солнца находится в газообразном состоянии. Это обусловлено очень высокой температурой. В центре Солнца она достигает 15 миллионов градусов. При такой температуре атомы водорода (и других химических элементов) разрушены полностью, то есть ядра и орбитальные электроны движутся сами по себе, как свободные частицы газа. Поэтому не создается кристаллическая структура, которая свойственна твердому телу.
Высокая температура в центре Солнца поддерживается не только высоким давлением, но и реакциями термоядерного синтеза, которые здесь протекают. Эти процессы идут только при очень высокой температуре.
Ядро водорода представляет собой элементарную частицу — протон. Ядро гелия содержит четыре протона. Его еще называют альфа-частицей. Таким образом, четыре ядра водорода образуют одно ядро гелия. В процессе этой реакции выделяется энергия. Так, из каждого грамма водорода, который превращается в гелий, 0,007 г преобразуется в энергию. Это и есть источник солнечной энергии. Чтобы обеспечить теперешнюю светимость Солнца, необходимо в ядерную печь в центральной части Солнца каждую секунду подбрасывать примерно 5 т водорода. Эти реакции внутри Солнца идут уже в течение примерно 5 миллиардов лет. Поэтому часть водорода в самом центре Солнца успела «выгореть», превратиться в гелий, который в данном случае можно назвать «золой». Благодаря этому в центре Солнца имеется зона, где водорода меньше. Но чем дальше от центра, тем его становится больше. На удалении от центра на одну четверть солнечного радиуса водород составляет 96 % всего солнечного вещества (по массе). Собственно, на этом расстоянии заканчивается центральная часть Солнца, называемая ядром. На внешней части солнечного ядра температура уже составляет только 8 миллионов градусов, плотность вещества примерно в 20 раз меньше, чем в центре. В солнечном ядре, где генерируется 99 % солнечной энергии, заключена половина всей массы Солнца (хотя по объему ядро занимает только 1/64 всего объема Солнца).
Ядро окружено солнечным веществом, в котором термоядерные реакции не идут. Эта сферическая область Солнца была названа промежуточной. Она простирается от внешней границы солнечного ядра до 0,86 радиуса Солнца. Вещество в промежуточной области представляет собой однородную смесь, состоящую из водорода, гелия и тяжелых элементов. На каждые 10 атомов водорода приходится примерно 1 атом гелия. Атомы тяжелых элементов (C, N, O, Ne, Mg, Si, Ar, Ca, Fe, Ni) составляют примерно 1 % по массе. Они содержатся в таких же относительных количествах, что и в земной коре. Это естественно, поскольку и Земля, и Солнце образованы из одного первоначального «теста». Этим тестом был межзвездный газ, в который тяжелые элементы попали после взрывов сверхновых звезд первого поколения.
Энергия, освобождаемая в солнечном ядре, пробирается наружу через промежуточную область путем излучения. В природе известны различные способы передачи энергии через вещество, эффективность которых зависит от физических условий (плотность, температура, давление). В промежуточной области передача энергии осуществляется с помощью излучения.
Электромагнитное излучение, каким является видимый свет, рентгеновские, инфракрасные, ультрафиолетовые и гамма-лучи, а также радиоволны, быстрее всего распространяется в вакууме. Здесь скорость его распространения достигает 300 000 км/с. Но если на пути излучения имеется какое-либо вещество, то происходит задержка излучения. Оно при этом может или поглощаться (полностью или частично), или же отражаться в определенном направлении. При определенных условиях излучение может взаимодействовать с атомами или молекулами, вызывая их изменение.
В промежуточной области Солнца плотность вещества еще очень высока, а энергия электромагнитного излучения, пробивающегося от солнечного ядра наружу, велика. Поэтому энергичные фотоны (гамма-кванты) поглощаются атомами, встречающимися в изобилии на их пути. Атом, поглотивший фотон, через определенное время переизлучает, но переизлученный фотон имеет меньшую энергию, чем поглощенный атомом фотон. Так, если первоначальное излучение представляло собой гамма-лучи, то с уменьшением частоты оно становится рентгеновским излучением, затем ультрафиолетовым. При дальнейшем уменьшении частоты оно становится видимым, а затем инфракрасным.
Перенос энергии в виде излучения является основным только в пределах переходной области. На расстоянии от центра Солнца, равном 0,86 его радиуса, физические условия (температура, плотность) уменьшаются настолько сильно, что механизм лучистого переноса энергии становится неэффективным. Температура здесь составляет «всего» полмиллиона градусов, а плотность в 2000 раз меньше, чем у основания переходной области. Здесь начинается область Солнца, обладающая принципиально отличными физическими свойствами. Главное среди этих свойств — турбулентность. Турбулентное движение вещества, например, воздуха в атмосфере Земли, характеризуется вихревыми движениями. В третьей области Солнца возникают турбулентные движения вещества, или турбулентные конвекции. Поэтому эту область назвали конвективной зоной. Нижняя часть конвективной зоны имеет температуру, равную 0,5 миллиона градусов. Температура в верхней ее части составляет всего примерно 6,6 тысячи градусов. Такой резкий перепад температур по высоте и обусловливает возникновение турбулентного движения вещества.
В конвективной зоне в результате значительного уменьшения температуры (по сравнению с переходной областью) количество атомов увеличивается. Поэтому солнечное вещество сильнее, чем в переходной области, поглощает солнечное излучение. В конвективной зоне энергия распространяется к наружной части Солнца не путем переизлучений, а непосредственно самим веществом при его турбулентной конвекции.