Изображения Солнца
О Солнце!...
Там, где тень от лип густа и ароматна,
Кидаешь ты такие пятна,
Что жалко мне ступать по ним.
(Э. Ростан, Певец зари, Ода Солнцу.)
В тени группы деревьев мы видим беспорядочно раскинутые на земле пятна света различной величины, но одинаковой правильной эллиптической формы. Поместите карандаш перед одним из них; линия, соединяющая карандаш и его тень, указывает направление лучей света, образующих это маленькое пятно на земле. Это, конечно, солнечные лучи, проникающие сквозь просветы в кроне дерева; вверху между листьями глаз действительно видит ослепляющие яркие пятна света.
Вызывает удивление то, что все эти пятна имеют одинаковые очертания, а ведь трудно предположить, чтобы все щели и отверстия в листве оказались до такой степени похожими и округлыми! Перехватите одно из этих изображений листом бумаги, располагая его перпендикулярно к падающим лучам; вы увидите, что пятно уже не эллиптическое, а круглое. Поднимите лист бумаги выше — пятно становится все меньше и меньше. Отсюда мы сделаем вывод, что пучок лучей, образующих такое пятно, имеет форму конуса, а пятно кажется эллипсом, поскольку пучок лучей падает на поверхность Земли под углом.
Причину этого явления следует искать в том факте, что Солнце не есть просто точка. Любое очень малое отверстие Р образует небольшое, хорошо очерченное изображение Солнца АВ, другое малое отверстие Р' дает несколько смещенное изображение А'В' (пунктирные линии); более широкое отверстие, включающее в себя как Р, так и Р', дает менее резкое, но более яркое изображение Солнца А'В. Действительно, мы можем в тени видеть пятна света различной степени яркости, и если имеется два пятна равной величины, то более яркое из них в то же время менее резко очерчено.
В подтверждение этого обратите внимание на следующее: когда перед Солнцем проходят облака, можно увидеть, как они скользят
в каждом световом пятне, но в противоположном направлении. Во время частного затмения Солнца все изображения Солнца имеют серповидную форму. Когда на Солнце есть большое пятно, его можно увидеть на наиболее резком изображении. Вы получите четкое изображение Солнца, вырезав маленькое круглое отверстие в листе тонкого картона и держа его так, чтобы изображение упало в хорошо затененное место. Посмотрите, как выглядит изображение Солнца, образованное квадратным отверстием на разных расстояниях от этого отверстия.
Угол, под которым мы видим солнечный диск, должен быть углом АРВ у вершины конуса, образующего изображение Солнца. Подобные малые углы чаще всего измеряются в радианах. Мы говорим «угол АР В равен 1/108 радиана», имея в виду, что Солнце можно закрыть диском диаметром 1 см на расстоянии 108 см или диаметром 10 см на расстоянии 1080 см от глаза. Отсюда следует, что диаметр четкого изображения Солнца должен быть равен 1/108 части расстояния этого изображения от отверстия, а для расплывчатого изображения следует еще прибавить поперечник отверстия в листве. Перехватите листом бумаги неяркое, но четко очерченное изображение Солнца, держа бумагу перпендикулярно к солнечным лучам, измерьте диаметр светового пятна кис помощью куска бечевки определите расстояние L от бумаги до отверстия в листве. Действительно ли диаметр k равен приблизительно L/108 (см. рис. 1)?
Если изображения Солнца на ровной поверхности представляют собой эллипсы, нужно измерить обе оси — короткую ось k и длинную ось b; отношение между ними равно отношению между высотой дерева Н и расстоянием L. Следовательно,
H = k/b*L = 108*k*k/b
Таким способом было найдено, что оси чрезвычайно большого изображения Солнца, образованного листвой букового дерева, равны 53 см и 33 см; высота отверстия над землей была, следовательно, 2200 см или 22 м.
Пронаблюдайте Солнце утром и в полдень; вы увидите, что утром изображения Солнца имеют более вытянутую форму, а к полудню они приближаются к кругу.
Хорошие изображения Солнца можно найти в тени буков, лип, ясеней, реже — в тени тополей, вязов, платанов.
Посмотрите на изображения Солнца, образованные деревьями, растущими на берегах мелких водоемов; на дне водоемов эти изображения имеют очень причудливую форму.