Хвостатые звезды

Давление света

нова один из самых интереснейших вопросов был разрешен русской наукой — выдающимся нашим ученым, профессором физики Московского университета П. Н. Лебедевым.

Великого физика занимала трудная задача. На основании теории, рассматривающей свет, как электромагнитные волны, которые отличаются от радиоволн только длиной, выходило, что лучи света должны давить на освещенную ими поверхность. Лебедев был убежден, что такое давление существует. Ведь лучи света переносят с собою энергию, и при столкновении луча с непрозрачным телом эта энергия должна частично перейти в данное тело.

Морские волны, ударяясь о крутой берег, давят на него. Подобно этому и световые волны, по теории, должны давить на те тела, с которыми они встречаются. Правда, по формулам получалось, что это давление ничтожно мало, а потому заметить его почти невозможно.

Лебедев решил опытным путем доказать существование светового давления. Рассуждал он при этом следующим образом. Величина светового давления ничтожна, но ведь чем меньше тело, тем заметнее должно быть действие на него светового давления. Оно тем больше, чем больше площадь поперечного сечения освещенного тела и чем меньше вес этого тела. Предположим для простоты, что тело является однородным шаром. Тогда с уменьшением его радиуса площадь поперечного сечения будет уменьшаться пропорционально квадрату радиуса, а вес шарика будет уменьшаться пропорционально объему или кубу радиуса. Следовательно, с уменьшением размеров шарика его вес будет убывать быстрее, чем площадь поперечного сечения. Поэтому с уменьшением шарика его вес все меньше и меньше будет препятствовать действию световою давления. Значит, решил Лебедев, на маленьких телах это световое давление можно будет обнаружить.

Лебедев был весьма искусным экспериментатором. Он сам соорудил сложный и очень чувствительный прибор. В этом приборе лучи света направлялись на маленькие, очень тоненькие кружочки. Благодаря их незначительному весу и сравнительно большой освещаемой площади давление лучей света на них удалось обнаружить. Эти опыты доказали, что лучи света давят на все освещенные ими тела.

Давление, как и следовало по теории, оказалось ничтожно малым. Даже ослепительно яркие солнечные лучи давят с ничтожной силой. На крышу трамвайного вагона площадью в 10 квадратных метров солнечные лучи оказывают давление с силой всего около 5 миллиграммов. Но ведь 5 миллиграммов — это вес обыкновенной мошки! Можно не опасаться, что солнечные лучи продавят крышу трамвайного вагона. Впрочем, на все полушарие Земли, обращенное к Солнцу, солнечные лучи давят с силой, большей 10 000 тонн. Величина эта, как видно, уже достаточно внушительна, но все же она ничтожно мала по сравнению с силой солнечного притяжения. Поэтому давление солнечного света не оказывает никакого заметного влияния на движение нашей Земли.

Другое дело кометы.

Лебедев, хотя и не был астрономом, тем не менее прекрасно знал о тех исследованиях комет, которые проводились в его время. Он знал, что природа отталкивательной силы Солнца совершенно неясна. В 1908 году Лебедев проделал второй опыт, который доказал, что лучи света давят не только на мелкие твердые частицы, но и на газы.

Теперь и сам Лебедев и многие астрономы были убеждены, что отталкивательная сила Солнца — это сила светового давления. Ведь хвосты комет, по-видимому, состоят из очень маленьких газовых и твердых частиц, а потому действие на них светового давления должно быть весьма заметным.

Давление солнечных лучей заставляет кометные хвосты располагаться в направлении от Солнца.

Вскоре после открытия Лебедева выяснилось, что давление света на тела зависит не только от яркости, но и от цвета тех лучей, которыми освещено тело. Было также найдено, что для очень маленьких тел, поперечником меньше 0,0000085 сантиметра, световое давление с дальнейшим уменьшением размера тоже быстро уменьшается. Это объясняется сложным оптическим явлением, известным под названием дифракции света.

Значит существуют такие размеры частицы, при которых световое давление наиболее велико. Такие частицы, как показали теоретические подсчеты, должны иметь форму шариков с поперечником 0,0000085 сантиметра. Такая частичка во столько же раз меньше булавочной головки, во сколько булавочная головка меньше Большого театра в Москве. Для такого микроскопического шарика сила давления солнечных лучей должна в 2,8 раза превышать силу его притяжения к Солнцу.

Но ведь известно, что в кометных хвостах второго типа отталкивательные силы колеблются в пределах от 0,5, до 2,5, то есть не превышают найденной теоретически величины для твердых шариков. Остается сделать вывод, что кометные хвосты этого типа состоят из мельчайших пылинок, отталкиваемых солнечными лучами. Хотя эти частички не являются шариками, а имеют неправильную форму, тем не менее отталкивательные силы, действующие на эти частички, должны быть близки по величине к вычисленным для шариков. Следовательно, именно эта сила, электрическая, или, точнее говоря, светового давления, электромагнитная по своей природе, образует кометные хвосты второго типа.

К сожалению, для хвостов первого типа такое объяснение не годится: ведь в них отталкивательные силы иногда в десятки раз превышают силу притяжения Солнца. Наибольшая же возможная величина светового давления способна превышать последнюю только в 2,8 раза. Очевидно, помимо светового давления, в этих хвостах действуют еще какие-то неизвестные нам пока силы.

Открытие П. Н. Лебедева помогло астрономам разобраться в физической природе хвостатых звезд. Теперь они во всеоружии ожидали очередного возвращения знаменитой кометы Галлея, которое должно было наступить в 1910 году. Комета должна была принести с собой разгадку многих вопросов, интересовавших астрономов.