Этьен Трувело (Étienne Léopold Trouvelot) — французский астроном и художник XIX века, работавший в США и во Франции. Больше всего он известен рисунками астрономических объектов, многие из которых по детальности могут конкурировать с современными астрофотографиями. Представляем подборку его лучших астрорисунков, вошедших в атлас «The Trouvelot astronomical drawings».
В середине XIX века появились первые фотографии астрономических объектов, которые стали использовать и в научных целях. Но традиция рисунка с натуры долгое время конкурировала с фотографией и занимала свою нишу в науке. Функция рисунка — не столько в точном воспроизведении объекта, сколько в интерпретации — выделении его существенных черт, то есть «выстраивании повествования», и возможности фотографии в этом отношении были ограничены.
Этьен Трувело опубликовал несколько десятков работ по астрономии и создал около семи тысяч рисунков различных астрономических явлений. Среди них: рисунки звёздного неба, туманности, планеты, Солнце и Луна, а также явления в атмосфере Земли. Для точной передачи пропорций при зарисовке с телескопа он использовал приём с сеткой в поле зрения окуляра, и по ней рисунок наносился на разлинованную бумагу — в этом один из секретов фотографической точности зарисовок.
В 1882 году он выпустил атлас из 15 специально подготовленных астрономических пастельных работ для широкой публики — The Trouvelot Astronomical Drawings, которые «иллюстрировали основные классы небесных объектов и явлений». Атлас стал бестселлером несмотря на солидную цену в 125 долларов (это примерно цена билета первого класса на «Титаник»).
Кроме винтажного стиля, теперь кажется необычной и цветовая гамма работ. Она обусловлена не только видением художника, но и техническими возможностями хромолитографии — распространённой в XIX веке техники цветной печати. К гравюрам прилагалась книга с обширными объяснениями «The Trouvelot astronomical drawings manual». Кроме подробного описания объектов на каждом листе, её первая часть представляет собой популярное пособие по астрономии, в котором излагаются фоновые знания, связанные с объектами на гравюрах.
Объекты на хромолитографиях разделяются на пять групп, и они, начинаясь с объектов, связанных с Солнцем, затем расположены в порядке «удаления» от Земли: явления, видимые в атмосфере (полярное сияние, метеорный дождь), далее Луна, планеты Солнечной системы и, в конце, объекты глубокого космоса: два звёздных скопления разной природы. В таком порядке художник расположил в атласе листы рисунков с номерами I—XV.
Здесь представлена первая часть рисунков: Солнце, Земля и Луна (листы I—VII).
I. Солнечные пятна
Гравюра с солнечными пятнами — один из рисунков, которые Э.Трувело сделал во время работы в Гарвардской обсерватории. Он открыл новый тип пятен, которые он называет veiled spots, или «пятна с вуалью». В нескольких научных работах он описал свойства этих пятен, выделяющие их из обычных. Это сравнительно небольшие образования, которые держатся несколько минут, хотя более крупные экземпляры могут просуществовать и дни, они не имеют стандартной для пятен структуры в виде областей тени и полутени, но сопровождаются солнечными факелами и чаще наблюдаются в полярных областях. Такое пятно он показал здесь вместе с несколькими другими их видами. Но упоминания «пятен с вуалью» впоследствии встречаются только в одном контексте — при описании этих рисунков и статей. Очевидно, это наблюдение не стало признанным открытием и по мере развития астрофизики растворилось в одной из современных развитых классификаций солнечных пятен.
Фон рисунка — это видимая поверхность Солнца, или фотосфера, она сложена конвекционными ячейками размером в несколько сот километров — гранулами, разделёнными более тёмными перегородками. Здесь показаны два «главных» пятна с обычной структурой: тёмная средняя часть пятна, или тень (umbra) и периферийная часть — полутень (penumbra). Полутень состоит из радиальных тёмных и светлых волокон. На рисунке видны также солнечные факелы, или факулы (faculae) — более яркие «нити», которые частично перекрывают пятна. В верхней правой части левого пятна кластер таких факелов перекрывает ещё одно неразвитое пятно. Два больших пятна снизу соединяются тёмной «расщелиной» — пятном ещё одного типа, а чёрная точка сверху справа — свежепоявившееся пятно ещё без полутени. В левом верхнем углу рисунка проскакивают несколько обособленных факелов — нитей неправильной формы. Структура, названная «пятно с вуалью» — это слегка затемнённая область на рисунке под этими факелами.
II. Протуберанцы на Солнце
Солнечные протуберанцы — «газовые языки», поднимающиеся от поверхности Солнца, — в XIX веке были сравнительно новым явлением для исследования. Похоже, их упоминали в связи с очередным затмением в средневековых хрониках. Систематически их начали наблюдать в середине XIX века и сначала это было возможно только во время солнечных затмений. Несколько позже для этого разработали специальный прибор — протуберанц-спектрограф, в наше время утративший актуальность. Без затмения их можно изучать при помощи коронографов, которые блокируют свет от солнечного диска. Длина этих структур достигает десятков или сотен тысяч километров, часто они образуют петли, а иногда могут отрываться от поверхности Солнца. На рисунке показаны несколько форм таких образований.
III. Солнечное затмение
Полное солнечное затмение — это нечастое астрономическое событие. Если бы Луна вращалась вокруг Земли в той же плоскости, что и Земля вокруг Солнца, то каждый месяц в новолуние проходила бы перед диском Солнца. Но плоскость орбиты Луны наклонена на 5° по отношению к плоскости орбиты Земли (плоскости эклиптики). Поэтому события солнечного затмения встречаются не так часто, как новолуния — обычно Луна в этот момент оказывается выше или ниже диска Солнца. Для затмения нужно совпадение двух событий: чтобы Луна в момент новолуния (1) оказалась близко к плоскости эклиптики (2) («на линии узлов»). Новолуния происходят раз в синодический месяц (29,5 дней), а пересечения Луной плоскости эклиптики два раза (вниз и вверх) в драконический месяц (27 дней). Поэтому периоды возможных солнечных затмений наступают только два раза в год, в сезоны затмений, а благоприятные условия для полного солнечного затмения — ещё реже. Тем более редко случается, что узкая полоса затмения проходит по районам, в которые просто добраться и развернуть там научные исследования, а не, например, через океан.
Рисунок сделан как раз во время такого знаменательного затмения летом 1878 года. Полоса этого полного солнечного затмения в Северной Америке проходила через Скалистые горы, и астрономы использовали возможность провести наблюдения на большой высоте, где меньше мешает атмосфера. Именно после этого установилась тенденция строить обсерватории в горах, что мы наблюдаем и сейчас. Затмением тогда ещё воспользовались для поиска гипотетической внутренней планеты Вулкан, якобы расположенной ближе к Солнцу, чем Меркурий, и даже объявили, что её открыли. Впоследствии открытие опровергли, но эта новость в течение года была сенсацией у широкой публики и, вероятно, способствовала популяризации астрономии. Кроме того, впервые места, где можно видеть затмение, стали объектом массового туризма.
При полном солнечном затмении вокруг закрытого диска прежде всего проявляется корона — верхний слой атмосферы Солнца. На рисунке видна внутренняя корона — сплошная круговая область сразу за краем лунного диска. От этой области отделяется внешняя корона другой структуры, в виде расходящихся лучей. Кроме того, два длинных крыла, идущих на запад и восток практически в плоскости эклиптики, направлены как раз в стороны, где на тот момент находились Венера и Меркурий. Трувело подметил эту особенность, но скорее всего, это просто совпадение. На момент наблюдения диск Луны уже немного сдвинулся к востоку, и на западном крае Солнца видны протуберанцы розоватого цвета.
IV. Aurora Borealis
Полярное сияние (Aurora Borealis, Aurora Australis — северное и южное сияние) — люминесцентное свечение в верхних слоях атмосферы Земли и других небесных тел, обладающих магнитным полем. Существует убеждение, что полярные сияния — атрибут полярных районов Земли, но они встречаются и в умеренных широтах, и даже изредка в тропиках. Это результат взаимодействия космических заряженных частиц (солнечного ветра) с магнитосферой планеты и ионизации ими атомов и молекул атмосферных газов — для Земли это в основном кислород и азот; отсюда характерные наборы длин волн и цветов сияния на разных высотах. Поэтому области их возникновения больше определяются конфигурацией магнитного поля Земли (геомагнитной широтой — расстоянием до магнитного полюса Земли), а не географическим положением, а также распределением частиц солнечного ветра, разным на дневной и ночной стороне. Подробнее про земную магнитосферу и дрейф магнитных полюсов написано в отдельной статье на сайте. Давно заметили, что сияния предпочтительно возникают в «ободке» эллиптической области, окружающей магнитные полюса — это так называемый авроральный овал; его ширина изменяется в зависимости от солнечной активности, и его положение специальные службы предсказывают — так же, как метеослужбы предсказывают погоду. Сам Трувело считает, что «авроральный овал» — это эллипс, фокусы которого располагаются близко к магнитному и географическому полюсам Земли. В грубом приближении это его наблюдение можно принять как эмпирическое правило, но для наблюдения полярных сияний теперь доступны более точные указания (например, такая методичка от Мичиганского университета).
На этой литографии (лист IV) показан в меру редкий вид полярного сияния. Для ориентации по небесной сфере на фоне заметны яркие звёзды: точно в центре рисунка Полярная звезда, слева — созвездие Кассиопеи («буква W»), справа — ковш Большой Медведицы. Яркая звезда возле правого края — это Арктур. Длина «лепестков» сияния — несколько сот километров над землёй. Тонкая деталь, на которую художник обращает внимание в пояснении — то, что тёмная зона сияния (тёмный полукруг на горизонте) имеет вершину, обращённую не на Северный полюс, а по магнитному меридиану — на магнитный полюс Земли немного западнее.
V. Зодиакальный свет
Зодиакальный свет — это свечение, которое иногда наблюдается на закате и восходе, когда Солнце под горизонтом. Свет от Солнца рассеивается на частицах пыли, расположенных в плоскости эклиптики (дуги годичного движения Солнца по небесной сфере), отсюда название явления. Происхождение этих пылевых частиц не совсем ясно, предполагается, что это могут быть остатки короткопериодических комет и астероидов, траектории которых лежат в этой плоскости, как и у планет и большинства других тел Солнечной системы. Поэтому рассеянный на них свет виден только в созвездиях Зодиака. На рисунке зашедшее Солнце как раз освещает три зодиакальных созвездия — снизу вверх — Рыбы, Овен и Телец. Можно достаточно точно определить время года: Солнце недавно опустилось за горизонт и находится в предыдущем перед Рыбами созвездии, то есть это февраль — начало марта (что и подтверждает дата на гравюре). Дуга эклиптики проходит через ось светового конуса, и по схеме здесь легко идентифицировать все яркие звёзды. В соответствии с описанием самого художника в нижней части выделяется созвездие Рыб — в виде «птички», пересекающей световой луч. Две «лишние» слишком яркие точки, которых нет в этом созвездии — это Венера и Марс. Две яркие звезды на вертикальном отрезке справа от луча — это α и β Овна. Такая же яркая звезда правее и выше — β Треугольника. Три заметных звезды в ряд вдоль правого края относятся к Андромеде. В верхней правой части яркая звезда в вершине небольшого квадрата — это Алголь, или Бета Персея. Наконец, слева вверху, там, где почти заканчивается световой конус, видны Плеяды (M45) и рыжеватая звезда Альдебаран — самая яркая в созвездии Тельца и главная звезда в скоплении Гиад (Mel 25) — о них рассказывалось в другой статье этой серии — «Астрономия с биноклем…». По наклону эклиптики к горизонту любители астрономии могут попробовать ещё определить географическую широту места «съёмки».
VI. Море Влажности
Море Влажности (Mare Humorum) — импактный бассейн диаметром 400 км в юго-западном секторе видимой стороны Луны, заполненный базальтовой лавой на глубину около 3 км. Предполагается, что его возраст порядка 4 миллиардов лет, но образцов пород из него нет, поэтому по геологическим признакам устанавливается только его относительный возраст как промежуточный между бассейнами имбрийской и нектарийской эпох, соответственно неопределённость здесь в миллиард лет (от 3,4 до 4,4 млрд) — см. более подробную статью о геологическом картировании Луны. На древний бассейн накладываются маленькие и более молодые метеоритные кратеры. Эта структура интересная с точки зрения изучения тектоники Луны: здесь находится одна из крупных лунных гравитационных аномалий, или масконов, и бассейн рассматривался как кандидатура места посадки для одного из Аполлонов. Рисунок Трувело можно сравнить с фотографией, сделанной с телескопа ESO с этого ракурса через сто с лишним лет.
VII. Частное лунное затмение
При этом типе затмения в тени Земли находится только часть диска Луны. Но затенённая часть неплохо просматривается с красноватым оттенком. Больше того, диск Луны в тёмно-красных тонах виден даже при полных лунных затмениях. Аналогичный эффект наблюдается не только при затмениях, но и для Луны в фазах вблизи новолуния: тёмная часть диска часто бывает видна со своеобразным жёлто-серым пепельным окрасом. В этом случае явление называется пепельный свет Луны. Оно объясняется тем, что спрятанную в тень часть диска Луны освещает Земля. Свет от Солнца рассеивается в атмосфере Земли во все стороны, и его часть выступает подсветкой для Луны в тени. Поскольку красные лучи меньше поглощаются в атмосфере, чем фиолетовая часть спектра, такая подсветка и выглядит красноватой или пепельной (по этой же причине небо возле Солнца вблизи горизонта на восходе и закате часто имеет красный оттенок). Характеристики пепельного света пытаются использовать для мониторинга климатических изменений на Земле, потому что они определяются важными атмосферными параметрами, например, облачностью или содержанием водяного пара.
На рисунке легко различить те же основные структуры, что и на фотографии. Небольшие светлые пятна — это кратеры, тёмные области — «моря» из базальта. Самая бросающаяся в глаза структура внизу на затенённой стороне — очень молодой и хорошо сохранившийся кратер Тихо (80 млн лет) с системой радиальных лучей, другой яркий кратер над ним — Коперник, который тоже считается молодым по лунным меркам (800 млн лет), а немного левее — Кеплер. Левее и выше кратера Тихо между двумя его лучами — море Влажности с предыдущего листа, на котором заметны пара небольших кратеров. В отличие от других зарисовок с телескопа, изображение здесь не перевёрнуто.
Окончание (листы VIII—XV) — во второй части.
