История исследования солнечных пятен в пяти биографиях. Научно-популярный журнал для юношества «Страна знаний» №7, 2021

Вся история науки на каждом шагу показывает, что отдельные личности были более правы в своих утверждениях, чем целые корпорации учёных или сотни и тысячи исследователей, придерживающихся господствующих взглядов… Несомненно, и в наше время наиболее истинное, наиболее правильное и глубокое научное мировоззрение кроется среди каких-нибудь одиноких учёных или небольших групп исследователей, мнения которых не обращают нашего внимания или возбуждают наше неудовольствие или отрицание.

В.И. Вернадский (1863–1945), «Биосфера и ноосфера»

Солнечная активность постоянно меняется, и это во многом влияет на современную жизнь. Рост солнечной активности подразумевает увеличение экстремального ультрафиолетового и рентгеновского излучения Солнца, что приводит к резкому сокращению времени жизни спутников на низких околоземных орбитах, повреждению инструментов на космических аппаратах, угрожает здоровью астронавтов и пассажиров самолётов.

Солнечная активность влияет и на земной климат: температура увеличивается и уменьшается по мере того, как солнечная активность повышается и понижается. Многовековые наблюдения – единственное прямое свидетельство того, что на самом деле происходило в прошлом Солнца. Восстановление такого рода информации из различных документальных записей, хранящихся в исторических библиотеках и архивах по всему миру, необходимо для лучшего понимания эволюции нашего Солнца.

Дотелескопическое изображение солнечных пятен из книги Тяньюань Юли Сянъи Фу времён династии Мин
Дотелескопическое изображение солнечных
пятен из книги Тяньюань Юли Сянъи Фу
времён династии Мин

Трудно сказать, кто первый заметил на Солнце пятна. Почти наверняка их видели доисторические люди, смотрящие на Солнце сквозь туман. Упоминал о пятнах на Солнце ученик Аристотеля Теофраст Афинский (IV в. до н.э.). Их описывали арабские и армянские хроники, русские летописи, древние китайские летописцы, средневековые историки как какие-то тёмные образования на Солнце. Слово «пятно» появилось позже, в XVII веке, когда впервые удалось рассмотреть солнечные пятна в телескоп.

Самые ранние записи о наблюдениях солнечных пятен были сделаны в Китае более 2000 лет назад. Гань До зафиксировал солнечные пятна в 364 г. до н.э. Более систематические записи встречаются в исторических хрониках, например, Хоу Ханьшу – «в день бин-шэнь 2 месяца 4 года эры Чжунпин правления императора Сяолин-ди (5 марта 187 г) на Солнце была тёмная масса размером с дыню»; Тунчжи – «в день и-вэй 11 месяца 4 года эры Тайши правления императора У дзинь (23 декабря 268 г) на солнце было чёрное пятно». Солнечные пятна описываются как чёрный пар, сливы, персики или яйца на солнце. С 28 года до н. э. по 1638 год н. э. крупные пятна на Солнце были описаны в официальных китайских хрониках не менее 170 раз.

Рисунок из Хроники Джона Вустерского
Рисунок из Хроники Джона Вустерского

В средневековой Европе первое упоминание о солнечных пятнах встречается в хронике Джона Вустерского: «В третий год Лотара, римского императора, в 28-й год правления Короля Генриха английского [1128 год], в двадцать пятую луну в субботу, шестой ид декабря [8 декабря] с утра до вечера на фоне солнца появлялись две чёрные сферы. Первая была в верхней части и большая, вторая – в нижней части и маленькая, и каждая была прямо противоположна другой, как показано на этом рисунке».

В 1608 году произошло событие, которое коренным образом изменило развитие астрономии, в том числе и астрономии солнечной. Шлифовальщик стёкол из голландского города Мидделбурга по имени Иоганн (Ханс) Липпершей соорудил зрительную трубу с двумя линзами. Свою конструкцию он предложил принцу Морису Оранскому и Генеральным Штатам Голландии. В результате информация о новом оптическом приборе оказалась задокументированной.

Иоганн (Ханс) Липпершей
Иоганн (Ханс) Липпершей

Иоганн (Ханс) Липпершей (Hans Lippershey) родился ок. 1570 г. в г. Везель. О первой половине жизни Липпершея неизвестно практически ничего.
В 1594 году он жил в Мидделбурге, где 12 октября 1594 года женился на Фанне Кулсом из Антверпена.
В 1602 году он стал мещанином этого города. 25 сентября 1608 года Иоганн Липпершей обратился в высший орган управления провинции с просьбой дать рекомендательное письмо для Генеральных Штатов объединённых провинций, и 2 октября 1608 года он предоставил Генеральным Штатам Нидерландов «Инструмент для видения на расстоянии».
Вскоре при дворе графа Маурица ван Нассау в Гааге Липпершей продемонстрировал, что с башни в Гааге можно прочесть показания часов на башне церкви в Делфте, на расстоянии примерно 15 километров. При этом присутствовали многие дипломаты и государственные деятели, собравшиеся в связи с переговорами о Двенадцатилетнем перемирии в Восьмидесятилетней войне Липпершей запросил финансовой помощи у Генеральных Штатов и получил 900 гульденов на усовершенствование технологии и подготовку десяти специалистов для армии. Однако, его запрос на патент был отклонён в связи с тем, что и другие мастера, в частности Захарий Янсен из Мидделбурга и Якоб Метиус из Алкмара уже обладали экземплярами подзорных труб, а последний вскоре после Липпершея подал в Генеральные Штаты запрос на патент.
Умер Липпершей в 1619 году.

Изображение телескопа 1624 года
Изображение телескопа 1624 года

Об изобретении телескопа сообщил в письме профессору Падуанского университета Галилео Галилею венецианский посланник в Париже. Галилей летом 1609 года построил у себя в мастерской описанную конструкцию. Название «телескоп» (в переводе с греческого языка – «смотрю вдаль») придумал Иоаннис Димисианос, член Accademia dei Lincei (Академии рысьеглазых), в которую входил и Галилей. Изобретённый в Голландии телескоп вскоре стал популярным инструментом по всей Европе. Таким образом, естественно, что среди других небесных объектов соолнечные пятна были обнаружены независимо в нескольких местах разными наблюдателями практически одновременно.

Томас Харриот считается первым человеком, который 8 декабря 1610 г. в Сайон-хаусе видел солнечные пятна, наблюдая за Солнцем непосредственно в телескоп. Впоследствии изображения солнечных пятен Харриот запечатлел почти на 200 рисунках. Но, как и многие другие свои работы, изображения солнечных пятен он не опубликовал.

Первое сообщение с описанием пятен было опубликовано в книге De Maculis in Sole Observatis, («Пятна, наблюдаемые на Солнце») Иоганном Фабрициусом, который наблюдал пятна в телескоп в Остиле в Восточной Фрисландии 27 февраля 1611 г. Фабрициус сообщил, что Солнце, по-видимому, вращается вокруг своей оси. Следя за перемещениями трёх пятен по поверхности Солнца, он оценил период вращения Солнца примерно в месяц.

В письме от 4 мая 1612 г. Максу Вельсеру, банкиру, меценату, политику и учёному, Галилей сообщал, что наблюдал пятна уже в течение 18 месяцев, т.е. с конца 1610 года, но не привёл никаких доказательств этого. Известно, что весной 1611 г. Галилей во время своего пребывания в Риме показывал пятна представителям знати и духовенства.

Технику наблюдений он описывает в письме от 14 августа 1612 г.: «Направьте телескоп на Солнце, как если бы вы собирались наблюдать это тело. Сосредоточившись и стабилизировав его, выставьте плоский белый лист бумаги около фута от вогнутой линзы; на него упадёт круговое изображение солнечного диска со всеми пятнами, которые на нём расположены и расположены с той же симметрией, что и на Солнце. Чем больше бумага отодвигается от трубки, тем это изображение станет больше, и тем лучше будут изображены пятна. Таким образом, все они будут видны без ущерба для глаз, даже самое маленькое из них, которое при наблюдении через телескоп едва заметно, и то приведёт к переутомлению и травме глаз...».

Ещё одним наблюдателем пятен был Кристофер Шайнер, немецкий иезуит и профессор в университете Ингольштадта. Церковные традиции в принципе не допускали новых открытий, позволяя только цитировать и комментировать Священное Писание. Посягательство на идеальную чистоту Солнца выглядело кощунственным. Саященнослужитель Шайнер пытался спасти Солнце от несовершенства. Поэтому он предположил, что солнечные пятна были вызваны спутниками Солнца, тени которых проецируются на диск Солнца.

Его письма об этом явлении, написаные Марку Вельсеру, были опубликованы в начале 1612 года под псевдонимом «Apelles latens post tabulam» («Апеллес, прячущийся за картиной»). Вельсер предложил Галилею прокомментировать эти письма, и Галилей ответил двумя письмами Вельсеру, в которых он утверждал, что солнечные пятна находятся на поверхности Солнца или около неё, что они меняют свою форму, что они часто возникают на Солнце и погибают там, и поэтому Солнце несовершенно.

Однако Галилей не проводил систематических наблюдений за солнечными пятнами, Шайнер же полностью посвятил себя этим наблюдениям и непрерывно наблюдал за солнечными пятнами более 15 лет. Первые солнечные наблюдения были сделаны Шайнером непосредственно в телескоп. Это было опасно и возможно при использовании синих или зелёных стеклянных фильтров, или при наблюдении на восходе и закате, сквозь облака или туман. В последующие годы Шайнер разработал «heliotropii telioscopici» (гелиоскоп) для наблюдений за Солнцем. Результаты многолетних наблюдений были опубликованы в 1630 году в его книге «Rosa Ursina sive Sol».

Шайнер первым изобрёл новые способы представления движения пятен по диску Солнца
Шайнер первым изобрёл новые способы представления движения пятен по диску Солнца.
Зарисовка наблюдений от 26 августа – 16 сентября 1625 г.
Кристоф Шайнер
Кристоф Шайнер
«Heliotropii telioscopici» (гелиоскоп)
«Heliotropii telioscopici» (гелиоскоп)

Кристоф Шайнер (Christoph Scheiner) родился в Маркт-Вальде недалеко от Миндельхейма в Швабии. День его рождения известен точно – 25 июля, но историки спорят, родился он в 1573 или 1575 году. О жизни Шайнера до 18 лет ничего не известно, хотя последующие события хорошо задокументированы. С мая 1591 года по октябрь 1595 года он учился в иезуитской латинской школе Святого Сальватора в Аугсбурге, затем два года в иезуитской семинарии в Ландсберге. После этого в Аугсбурге в 1597–98 гг. изучал риторику. В 1598 году Шайнер поступил в Иезуитский университет в Ингольштадте, где продолжил своё образование. Его основные интересы были в области философии, в частности, метафизики и математики. В 1603 году Шайнер изобрёл пантограф – инструмент, который мог дублировать планы и рисунки в регулируемом масштабе. С 1603 по 1605 гг. он преподавал латынь в иезуитской гимназии в Диллингене.

С осени 1605 года по 1609 год Шайнер изучал богословие в Ингольштадте. После защиты своей работы Theses Theologicae на диспуте 30 июня 1609 года Шайнер получил звание доктора философии по теологии. С 1609 года он преподаёт в Ингольштадте математику (физику и астрономию) и иврит, читает лекции по солнечным циферблатам, практической геометрии, астрономии, оптике и телескопам. Благодаря изобретению пантографа он получил некоторую известность, и герцог Баварский Вильгельм V пригласил его в Мюнхен, чтобы продемонстрировать этот инструмент. В 1611 году Шайнер наблюдал солнечные пятна; и в 1612 г. он пишет об этом Марку Вельсеру. Тот напечатал первые три письма как «Письма Апеллеса» в Аугсбурге 5 января 1612 года.

Зимой 1617–1618 гг. Шайнер вернулся в Инсбрук, Австрия, по приказу эрцгерцога Максимилиана III, чтобы обсудить с ним астрономические и математические вопросы. У эрцгерцога был телескоп с двумя выпуклыми линзами, которые показывали объекты вверх ногами. Шайнер добавил третью линзу, таким образом изготовив наземный телескоп, который позволил Максимилиану свободно наблюдать за звёздами и видеть красивые уголки своей страны.

Шайнер устроил небольшую обсерваторию в башне церкви Святого Креста в Ингольштадте. Долговременные наблюдения за Солнцем представляли проблему, потому что телескоп приходилось снова и снова наводить на Солнце. Были разработаны рельсовые направляющие, экваториальная монтировка, фокусирующий диск.

Книга Шайнера «Oculus hoc est: Fundamentum opticum», опубликованая в Инсбруке в 1619 году, содержала новые взгляды на физиологическую природу глаза.

В 1624 году Шайнер приехал в Рим, чтобы написать о своих наблюдениях за Солнцем. «Rosa Ursina sive Sol» (Браччано, 1626–1630 гг.) состоит из четырёх частей. В первой части Шайнер обсуждает приоритет открытия солнечных пятен. Во второй части описывается гелиоскоп, сравнивается оптика телескопа с оптикой глаза. В третьей части Шайнер представляет полный отчёт о своих наблюдениях солнечных пятен. В четвёртой части рассматриваются различные солнечные явления, такие как солнечные пятна и солнечные вспышки, 27 дневный период вращения Солнца, наклон оси вращения. В конце Шайнер приводит многочисленные отрывки и цитаты из Библии, сочинения отцов церкви. В 1632-1633 гг. Шайнер написал свою последнюю работу «Prodromus» – брошюру против гелиоцентрической теории, которая была опубликована посмертно в 1651 году.

После 15 ноября 1637 года Шайнер – советник, наставник и отец-исповедник для студентов в колледже в Нейсе в Силезии. Кристоф Шайнер умер 18 июня 1650 года в Нейсе (ныне Ныса, Польша). В его некрологе утверждается, что он обычно вставал рано, чтобы писать или читать, заботиться о себе, огороде и садить деревья своими руками. Автор некролога упоминает скромность и целомудрие Шайнера, указывая, что многие ему завидовали и что он «сам боролся с завистью».

Во второй половине XVII века – начале XVIII века солнечные пятна наблюдали Ян Гевелий в Данциге, Жан Пикар в Париже, Мартин Фогелиус и Генрих Сиверус в Гамбурге, Джон Флемстид в Гринвиче, Георг Христоф Айммарт в Нюрнберге, Филипп де ла Хир в Париже и некоторые другие их современники. В течение многих лет они прилежно делали заметки о пятнах на Солнце. Постепенно огромный интерес к наблюдениям, существовавший вскоре после открытия солнечных пятен, был утрачен.

Показатель интереса астрономов к наблюдениям солнечных пятен – количество наблюдений в год
Показатель интереса астрономов
к наблюдениям солнечных пятен –
количество наблюдений в год.
Вверху показаны годы наблюдений
главных героев данной статьи

С середины XVIII века количество наблюдений увеличилось, в частности, Иоганн Каспар Штаудахер в Нюрнберге и Кристиан Хорребу в Копенгагене в течение 50 (более 1000 дней наблюдений) и 15 (более 3000 дней наблюдений) лет соответственно делали записи и зарисовки. В то же время более короткие серии наблюдений делали Людовико Дзуккони в Венеции (почти 900 дней наблюдений за 16 лет), Карл Шуберт в Данциге (почти 500 дней наблюдений за 4 года). Наблюдения проводились в Париже, Марселе, Лилиентале, Готтингене, Дрездене, Берлине, Граце, Мюнхене, Эдинбурге, Венеции, Милане, Праге.

Но ни один из наблюдателей даже не думал о том, чтобы обобщить наблюдения. Если бы это произошло, то периодичность солнечных пятен могла бы быть известна намного раньше, но тогда бытовало мнение, что появление солнечных пятен – случайное явление и, как сказал французский астроном Жан-Батист Жозеф Деламбр: «Сами по себе пятна скорее забавны, чем полезны».

Приведём несколько высказываний о периодичности солнечных пятен выдающихся астрономов своего времени: «Нет никакой регулярности в появлении и исчезновении [пятен]» (Джон Кейл, 1718 г., «Introductio ad veram astronomiam, seu lectiones astronomicæ habitæ in Schola Astronomica Academiæ Oxoniensis»); «Нет никаких правил в формировании, числе и форме [пятен]» (Жак Кассини, 1740 г., «Elements d'astronomie»); «[пятна] не следуют какому-либо закону в своём появлении» (Пьер Шарль Лемонье, 1746 г., «Institutions astronomiques»; «Солнечные пятна не регулярны по своей форме, мощности, числу или времени их появления и жизни» (Роджер Лонг, 1764 г., «Astronomy, in five books»); «Появление пятен не имеет ничего общего с регулярностью» (Жозеф Жером Лефрансуа де Лаланд, 1771 г., «Astronomie»).

Первое упоминание о возможном периодическом поведении солнечных пятен было сделано Кристианом Хорребу, который писал в своём дневнике 1776 года: «Несмотря на то, что наши наблюдения показывают, что изменения солнечных пятен должны быть периодическими, никто не может найти определённые правила для порядка, в котором происходит это изменение, и через сколько лет. В основном это связано с тем, что астрономы до сих пор прилагали мало усилий для частых наблюдений солнечных пятен, несомненно, потому, что они, считали, что из этого не выйдет ничего, что принесло бы пользу астрономии».

Зарисовка солнечных пятен Кристиана Хорребу 23 октября 1769 г.
Зарисовка солнечных пятен
Кристиана Хорребу 23 октября 1769 г.
Обсерватория Круглая Башня в Копенгагене, Рисунок 1749 г. Л. Ботта
Обсерватория Круглая Башня в Копенгагене,
Рисунок 1749 г. Л. Ботта

Кристиан Педерсен Хорребу (Christian Horrebow) родился 15 апреля 1718 года в Копенгагене в семье профессора Педера Нильсена Хорребу. Кристиан был четвёртым ребенком из 16. В 1732 году он окончил гимназию. В 1738 году он получил степень магистра (Danish Magister).

В 1743 году начал работать в Датской королевской обсерватории. В 1753 году он был назначен профессором математики и естественной философии, в 1764 году – профессором астрономии.

С 1753 г. до самой смерти Кристиан Хорребу был директором Датской королевской обсерватории в Рундеторне в Копенгагене. В октябре 1754 года он женился на Анне Барбаре Лонг Хорн (1735–1812), дочери подполковника Магнуса Лонг Хорна. В браке родились сыновья Магнус и Отто. Хорребу в 1761 году был назначен советником, а в 1769 году – статским советником.

В 1761 году, когда Хорребу уже был директором обсерватории, ожидалось выдающееся астрономическое явление, которое было заранее вычислено и с нетерпением ожидалось астрономами всего мира - прохождение Венеры по диску Солнца. Однако, из-за неопределённости со временем этого явления, наблюдения Хорребу не дали никаких результатов. Этим он заработал плохую репутацию как наблюдатель, что впоследствии сослужило ему плохую службу. Во время своего пребывания в должности директора обсерватории Кристиан Хорребу проводил систематические наблюдения за солнечными пятнами. Регулярные наблюдения охватывают период с 1761 по 1776 гг. Эти измерения состоят в основном из координат пятен с рисунками. В 1775 году Кристиан Хорребу предположил, что активность Солнца циклична. Причина, по которой этот вывод не привлёк большого внимания, скорее всего, запятнанная репутация, из-за неудачных наблюдений прохождения Венеры, и публикация работ на датском языке.

Умер Хорребу 19 сентября 1776 года в Копенгагене. Для своего времени Кристиан Хорребу был очень продуктивным учёным: он опубликовал не менее 7 монографий на латыни и 28 статей на датском языке, сохранилось 20 записных книжек Кристиана Хорребу, которые содержат наблюдения солнечных пятен, с таблицами, рисунками, комментариями к наблюдениям на латыни.

Таким образом, он, вероятно, был первым, кто предположил, что солнечная активность имеет периодичность.

Группы солнечных пятен, наблюдавшиеся Генрихом Швабе
Группы солнечных пятен, наблюдавшиеся
Генрихом Швабе с 1826 по 1855 гг.
Жирным выделены данные, на основании
которых Швабе сделал вывод
о периодичности солнечной активности

В конце XVIII – начале XIX века к наблюдателям Солнца присоединились Пьер-Жиль-Антуан-Оноре Фложерг в Вивье, Августин Старк в Аугсбурге, Иоганн Вильгельм Пасторф в Дроссене, Франквис Араго в Париже, Иоганн Фридрих Юлиус Шмидт в Афинах. И хотя Кристиан Хорребу упоминает о возможной периодичности солнечных пятен в 1776 году, по настоящему цикл солнечной активности был открыт только спустя 68 лет.

В 1844 году Генрих Швабе сообщил в Astronomische Nachrichten, что его наблюдения числа групп солнечных пятен и дней без пятен за предыдущие 18 лет свидетельствовуют о наличии цикла активности с периодом около 10 лет. На рисунке показаны его данные о количестве групп пятен, наблюдавшихся ежегодно с 1826 по 1855 гг.

Рисунок Солнца Генриха Швабе. 14 апреля 1847 г.
Рисунок Солнца Генриха Швабе.
14 апреля 1847 г.

Самуэль Генрих Швабе (Samuel Heinrich Schwabe) родился в Дессау 25 октября 1789 года. Его отец Иоганн Готлоб был советником и личным врачом герцога, мать была дочерью фармацевта Хезелера. Генрих был старшим из одиннадцати детей. В 1806 году, после десяти лет обучения в школе, он стал учеником в аптеке деда. Через три года Швабе поехал в Берлин, чтобы изучать фармакологию, астрономию и ботанику. В 1811 году Швабе вернулся в Дессау. И в 1812 году после смерти деда он, став хозяином аптеки, зарабатывал на жизнь своей матери и её другим детям. В 1825 году он выиграл в лотерею свой первый телескоп и начал наблюдения. Это так увлекло его, что в том же году он заказал в мастерской Фраунгофера в Мюнхене телескоп-рефрактор, который получил в 1826 году. На крыше своего дома, построенного мастером-плотником Вильгельмом Корте (существует и сейчас по адресу Johannes-Strasse 18, Дессау), Швабе построил астрономическую обсерваторию, где проводил наблюдения Луны, Солнца и планет. Вскоре им был приобретён более крупный инструмент с фокусным расстоянием 6 футов. Уже в течение первого года было сделано 60 страниц записей наблюдений, первые заметки о солнечных пятнах появились 30 октября 1825 г. В 1829 году он смог продать бизнес за 18 000 талеров Кристиану Августу Райхманну и посвятить всё своё время научным исследованиям.

Вначале Швабе искал неизвестную планету внутри орбиты Меркурия, которая, как он полагал, могла быть обнаружена как тёмное пятно при прохождении перед Солнцем, но вскоре сосредоточился на наблюдении солнечных пятен. Год за годом, начиная с 1826 года, каждый ясный день Швабе наблюдал и зарисовывал солнечные пятна. Александр фон Гумбольд представил Швабе при дворе, и его пригласили учить детей герцога. В 1841 году Швабе женился на Амали Молденхауэр (умерла в 1855 году). В 1843 году, основываясь на записях ежедневных наблюдений между 1826 и 1843 годами, он обнаружил периодичность появления пятен. Он опубликовал это открытие в небольшой статье «Солнечные наблюдения в 1843 году». Швабе, был основателем и президентом Общества естествознания, интересовался минералогией и ботаникой. Он собирал образцы для коллекции минералов Общества и опубликовал двухтомник о местных растениях «Flora Anhaltina» (1838 г.), в котором описал более 2400 растений. Однако главным интересом Швабе оставалась астрономия. В 1857 году Королевское астрономическое общество наградило Швабе своей золотой медалью (она был вручена ему в Дессау Кэррингтоном), и в 1868 году он был избран членом Королевского общества. Швабе умер в Дессау 11 апреля 1875 года.

Сначала сообщение Швабе о периодичности солнечных пятен привлекло мало внимания. Широкоизвестным и общепризнанным оно стало лишь в 1851 году, когда известный естествоиспытатель Александр Гумбольдт в своей книге «Космос» оповестил весь мир об этом открытии.

Изображение солнечного пятна, сделанное Сэмюэлем Пирпоном
Изображение солнечного пятна, сделанное
Сэмюэлем Пирпоном, Лэнгли, 24.12.1873 года.
Пятно наблюдалось при использовании
13-дюймового рефрактора Фитц-Кларк
обсерватории Аллегейни (Питтсбург, штат
Пенсильвания). Представлено в книге «Новая
астрономия» The New Astronomy, 1888 г.
Один из наиболее подробных снимков солнечного пятна (обсерватории Big Bear Solar в Калифорнии, 2013 г.)
Один из наиболее подробных снимков
солнечного пятна (обсерватории Big Bear Solar
в Калифорнии, 2013 г.)

В 1852 году астроном Рудольф Вольф переопределил длительность солнечного цикла. По его расчётам оказалось, что максимальное количество пятен повторяется каждые 11.1 года (а не через 10 лет, как считал Швабе). Будучи директором Цюрихской обсерватории, Вольф впервые организовал постоянные систематические наблюдения солнечных пятен. Он также ввёл понятие ежедневного «относительного» число солнечных пятен (число Вольфа, международное число солнечных пятен, цюрихское число)

W= k (f+10g),

где g – количество групп пятен, f – количество отдельных пятен, k – весовой коэффициент для наблюдателя. Вольф ввёл систему, основанную на использовании основного наблюдателя.

Количество солнечных пятен в день определялось основным наблюдателем. Если основной наблюдатель не смог произвести подсчёт, то вместо него использовалось определение от вторичного или третичного наблюдателя с различными весовыми коэффициентами. С 1849 по 1893 годы основным наблюдателем был сам Вольф, с 1894 по 1926 гг. – Альфред Вулфер (Цюрих), с 1926 по 1944 гг. – Уильям Отто Бруннер (Цюрих), с 1945 по 1979 гг. – Макс Вальдмайер (Ароса), с 1981 года Международное число солнечных пятен предоставляет Королевская обсерватория Бельгии с Серджио Кортези (Локарно) в качестве основного наблюдателя. Вольф расширил записи на 100 лет назад, используя в качестве основного наблюдателя с 1749 по 1787 гг. Иоганна Каспара Штаудахера (Нюрнберг), с 1788 по 1825 гг. – Оноре Флогерга (Вивье) и с 1826 по 1847 гг. – Самуэля Генриха Швабе (Дессау).

Уже в ХХ веке Хисако Кояма, японский наблюдатель, создала одну из самых значительных коллекций наблюдений за Солнцем за последние 400 лет. За 40 лет исследований она сделала более 10 000 рисунков Солнца. Все зарисовки Коямы были созданы с использованием одного и того же 20-сантиметрового телескопа-рефрактора и одного и того же метода наблюдений. Благодаря этому её наблюдения были использованы в качестве основы для калибровки записей солнечных пятен, для преодоления важного разрыва между началом ХХ века и современными записями.

Хисако Кояма
Хисако Кояма: «Я просто не могу перестать
наблюдать, думая, что никогда нельзя знать,
когда природа покажет нам что-то необычное».

Хисако Кояма родилась в Токио в 1916 году и выросла в обществе, которое не предлагало профессиональную карьеру молодым женщинам. Кояма окончила среднюю школу для девочек в 1930-х годах. При этом она достигла уровня образования, о котором многие девочки могли только мечтать. Первый телескоп она получила в подарок от отца и начала наблюдать солнечные пятна. В 1944 году она представила свой первый эскиз солнечного пятна Иссею Ямамото, профессору астрономии в Киотском университете. Под руководством Ямамото Кояма начала делать зарисовки солнечных пятен, используя проецирование изображения с установленного телескопа на лист бумаги. Весной 1946 года Кояма начала работать профессиональным штатным наблюдателем в Токийском музее науки (ныне Национальный музей природы и науки). Она официально ушла на пенсию в 1981 году, но продолжала работать в качестве научного сотрудника музея ещё 10 лет. С 1947 по 1984 гг. Кояма задокументировала более 8000 групп солнечных пятен, которые она опубликовала в монографии в 1985 году. Её наблюдения внесли значительный вклад в установление непрерывной регистрации солнечных пятен за последние четыре столетия. В 1986 году она была лауреатом Премии Восточной астрономической ассоциации (OAA). Хисако Кояма умерла 1997 году.

Существенный шаг в усовершенствовании ряда солнечных пятен был сделан в 1998 г., когда Дуглас В. Хойт и Кен Шаттен опубликовали переработанный ряд солнечных пятен с 1610 г. Новый ряд был основан на анализе 455242 записей наблюдений 463 наблюдателей. Однако были решены не все проблемы со сравнением записей о солнечных пятнах, которые часто нечёткие, сделаны в условиях разной видимости.

Современный ряд чисел Вольфа
Современный ряд чисел Вольфа

С 2011 года международная группа исследователей во главе с Лейфом Свальгаардом (Leif Svalgaard) пытается восстановить почти 400-летнюю историю активности солнечных пятен с 1610 до 2000-х годов. В основе проекта лежат эскизы Кристофа Шайнера, Иоганна Каспара Штаудахера, Генриха Швабе, Рудольфа Вольфа, Хисако Коямы. Новые данные о солнечных пятнах довольно надёжны с 1750 года. Они также хорошо согласуются с другими измерениями солнечной изменчивости.

Однако, не все согласны с этим обновлённым индексом, поскольку он отвергает идею о том, что Солнце с течением времени становится горячее. Учёные, связывающие глобальное потепление с более горячим Солнцем, выступают против нового индекса. Так что старые рукописи, написанные сотни лет назад, помогут нам выяснить, что будет с Солнцем завтра.

Таким образом, индексы солнечных пятен прямо связаны с физикой Солнца. Например, одно из открытий заключается в том, что, вопреки общепринятому ещё недавно мнению, солнечная активность была относительно стабильной с 1700-х годов. Это, в свою очередь, меняет наши взгляды на то, как Солнце влияет на климат Земли.

И.Э. Васильева, кандидат физико-математических наук, старший научный сотрудник, Главная астрономическая обсерватория НАН Украины

 

По теме:

Солнечные пятна: Новая жизнь чисел Вольфа

Самые влиятельные солнечные затмения

Солнечная активность и землетрясения

Космические телескопы-флагманы

Дырявая вселенная