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太陽の聞こえ方。 子ども科学実験室
晴れやかな声…珍しい言葉の組み合わせですね。 私たちは皆、「太陽光」や「太陽光線」の概念、つまり自分の星が見えるという事実に慣れています。 しかし、他に何が聞こえるでしょうか... 太陽の声の存在の仮説は、国内外でその研究がよく知られているゴーリキー天文学者、ウラジミール・ヴィャチェスラヴォヴィッチ・ラジエフスキー教授によって提唱されました。 さらに、彼は晴れた声がどのように聞こえるかさえ予測します。その中で、ハリケーンの轟音、嵐の遠吠え、測定された波の轟音、そしてこれまで私たちが知らなかった他の音の奇妙な組み合わせが聞こえます。 そして、この声が解読されると、おそらく私たちの星の多くの秘密が明らかになるでしょう。 太陽の声を聞くという珍しいアイデアはどのようにして生まれたのでしょうか？ ウラジミール・ヴィャチェスラヴォヴィッチは、この質問に答えて、科学ではそれほど珍しいことではない現象が、あることを探しているのに、まったく異なるものを見つけたときに起こったと述べています。 しかし、彼のアイデアの歴史は、エキサイティングな科学的研究における異常で予想外の展開の一例であるだけでなく、研究の論理、つまり始められたものを論理的な目的に到達させる能力に頑固に従う例でもあります。 ラジエフスキーは、光の圧力が天体の動きにどのような影響を与えるかを研究しました。 これを行うには、光の圧力を測定する最も正確な方法を見つける必要がありました。 P. N. Lebedev の古典的な実験で達成された精度は十分ではありませんでした。 それにもかかわらず、光の圧力とは何か、そしてこの圧力の存在が初めて証明され、その大きさが測定されたレベデフの実験がどのように行われたかを思い出すことから話を始めるのが最善です。 有名な物理学者は、細い糸で真空中のガラス容器の中に、5つの軽い「フライウィング」を備えたジンバルを吊り下げました（図を参照）。 そこで科学者は、直径約XNUMX mmの最も薄い金属の葉を呼びました。 これらの翼の一方は銀色で、もう一方は黒くなっていました。 レンズのシステムを通して、強力な電気アークの光がそれらに向けられました。 そして次のことが起こりました。黒くなった表面は光を吸収し、光子は銀色の表面から反射され、跳ね返され、それによってこのウィングレットに追加の衝撃を与えました。 その結果、翼付きサスペンションがねじれてしまいました。 知られているように、P. N. レベデフの経験は、軽い圧力が存在することを証明しました。 そして、サスペンションのねじれ角度に応じて、その値をほぼ設定することができました。 光圧の正確な測定と計算は、星の進路を計算する必要がある天文学者にとって非常に重要です。 たとえば、この圧力は彗星の尾の外観と形状を大きく決定します。 しかし、すでに述べたように、今日の問題に関して前世紀最後の年に与えられたP.N.レベデフの経験は、必要な精度を提供しません。 Radzievsky は、より明確な測定方法を探していました。 どういうわけか、彼は「聴覚とスピーチ」という本に出会いました。 この本の著者は、人間の耳は目よりもはるかに敏感であると主張しました。 この二つの感覚を比較することは、たとえば音楽作品と菓子の質を比較するのと同じくらい無意味であるように思われる。 結局のところ、目は電磁場に反応し、耳は音響場に反応します。 それにもかかわらず、そのような比較には合理的な傾向があります。 この例から、目に対する耳の相対的な優位性は明らかです。 映画スクリーン上の一連のフレームを目で捉えることはできません。この一連のフレームは 24 秒あたりわずか 20 フレームの頻度で発生します。 そして、耳の鼓膜は、最大XNUMX万ヘルツの周波数で圧力をかける方法です。 科学者はまた、長い間、聴覚をテストするための非常にシンプルで便利な装置、つまりサーモフォンがあったことも思い出しました。 その助けを借りて、たとえば軍隊の新兵がテストされました。 サーモフォンは黒いワイヤーが付いた密閉された箱で、そこからの出口が1つあります-耳へ。 600 アンペアの電流がワイヤに印加され、音響周波数 - 1 ヘルツの交流によって変調されます。 ここでの変数は無視できるほど小さいです。たとえば、交流の振幅は 600 万分の XNUMX ボルトです。 XNUMX/XNUMX秒の間、ワイヤーは少し伸びる時間があり、次の微小間隔で少し縮みます...しかし、これらの取るに足らない振動でさえ、耳に聞こえますが、人それぞれに異なる方法があり、それをテストするために使用されます聴覚。 これらの事実は、ラジエフスキーに次の考えを与えました。聴覚がそれほど敏感であるなら、おそらく聴覚の助けを借りて、光圧をより正確に測定できるのではないか？ 確認するために、彼は簡単な実験を行いました（図を参照）科学者は、同じ距離に同じ直径の丸い穴を 100 つ開けた円盤を作りました。 ディスクは 500 rpm の速度で回転し始め、強力な光線がディスクに向けられます。 ディスクの裏側、穴の XNUMX つの反対側には、銀メッキの膜で密閉されたボックスがあります。 細いチューブが箱から出てきて耳に挿入されます。 XNUMX 分以内に光が XNUMX 回遮断され、再び開かれると、膜は光の影響を受けるか受けないかのどちらかになります。 したがって、定期的に軽い圧力にさらされると、音が鳴るはずです。 その経験は成功でした。 音は十分に強かったです。 残ったのはその強度を調整することだけで、光の圧力の値を計算することができました...エウレカ？ 成功は、中には簡単すぎるものもあるが、本物の研究者に警告を与えずにはいられなかった。 検証のために、科学者は（彼自身が認めているように、純粋に直観的に）膜をすすで黒くしました。 音は消えるか、少なくとも大幅に小さくなるはずです。 結局のところ、光圧は光の反射係数に比例し、黒くなった表面では無視できるほどです。 しかし、まったく異なることが起こりました。 膜は文字通り轟音を立てました！
主に実験で現れるのは軽い圧力ではないことが明らかになりました。 では、観察された現象の理由は何でしょうか? 明らかに、研究者は、すすは単に光束の影響で加熱し、光が遮断されると冷却すると示唆しました（サーモフォンのワイヤーを思い出してください）。 その結果、膜に隣接する空気層が周期的に膨張および収縮します。 弾性のある空気振動が鼓膜に伝わります。 もう一度、この手がかりは、強力な電気アークの代わりに普通の電球が光源として機能する新しい実験によって確認されました。 効果は現れましたが、当然音も静かになりました。 厳密に言えば、テスト実験を再現するのは難しくありません。 これを行うには、医師が患者の話を聞くための単純な装置、つまり通常の医療用電話内視鏡が必要です。 それを手に取ると、ナットが集音室にねじ込まれており、硬い膜が集音室にしっかりと押し付けられていることがわかります（図を参照）。 ネジを外し、チャンバーの内側をすすの厚い層で覆い、ナットと膜を元の位置に戻し、しっかりと締まっていることを注意深く確認します。 ゴムチューブとイヤーチップも気密である必要があります。 結局のところ、チャンバー内で発生する音響エネルギーはごくわずかであり、わずかな漏れでも故障につながります。 ここで音内視鏡を電球に近づけると（間の距離は聴力によって異なり、10 cm から 1 m まで変化します）、ある周波数の音叉の音に対応する滑らかな低音が聞こえます。 50ヘルツ。 疑問を持つ人もいるかもしれません - その音は交流電磁場によって引き起こされているのでしょうか? 不透明なスクリーンで光を遮断してみてください。 音はすぐに消え、画面を外すと同時に音が出ます。 逆に、たとえばプレキシガラス製の透明なスクリーンでは、電球の音は除去されません。
ここでの音の発生源は上記の実験と全く同じです。 ラジエフスキーはこの現象をフォトフォン効果と呼び、それを検出するための装置（すすの助けを借りて「現代化された」聴診器）をフォトフォンと呼びました。 技術的な考え方を持つ人は、フォトフォンを実際に使用する方法をすぐに思いつきます。 そうですね、少なくとも電球の品質をチェックするためです。 電球の音の性質は、明らかに、フィラメントの技術的状態に関連しているはずです。
しかし、もちろん、電球が主役ではありません。 結局のところ、彼らは写真電話がなくても品質を判断する方法を知っています。 発見された効果について熟考していると、ラジエフスキーは突然、単純であると同時に非常に大胆な考えに陥った。 フォトフォンが通常のXNUMXワットの電球を聞くと、それは計り知れないほど強力なエミッターである太陽にも反応できることを意味します... ここでは、太陽の声を聞くという考えの起源の道筋を大まかにたどってみました。 思慮深い読者なら、これらのいくつかの出来事や事実からも、ウラジーミル・ヴィャチェスラヴォヴィチが、科学の世界で「アイデア生成者」と呼ばれる稀有なタイプの研究者に属していることが推測できるだろう。 実際、長年にわたる科学活動の過程で彼が提唱したすべての仮説を列挙することはおろか、数えることさえ困難です。 同時に、科学者は自分のアイデアを同僚、主に国内の多くの都市で働く学生たちと積極的に共有しています。 彼の仮説のいくつかは確認されていませんでしたが、これは科学では避けられませんが、他のアイデアは実り豊かに開発されています。 また、Radzievsky が高価な機器や特別な装置を使わずにできることも簡単にわかります。 彼は常に、非標準的な思考、フィクション、創造的な想像力によって救われます。 これを確実にするために、私たちはまだ新しい機会を持っています。 仮説に戻りましょう。 太陽光は、電球の光と同様、実際には肉眼で見えるほど滑らかではありません。 望遠鏡を通して見ると、私たちの発光体の表面は沸騰したお粥に似ています。 「お粥」の各粒、つまり顆粒は、太陽の深部からより白熱するガスの塊が太陽の光球を通過する対流の突破の結果です。 各粒子のサイズは150〜1000 km、平均寿命は3〜5分、温度は周囲の背景より300〜500度高くなります。 50 分の XNUMX 秒ごとに、約 XNUMX 個の顆粒が生まれて消え、同時に太陽上ではそのうちの約 XNUMX 万個が観察されます。 したがって、お粥を沸騰させているという印象です。 顆粒の絶え間ない誕生と消滅のこれらすべてのプロセスは、必然的に太陽光に「震え」を与え、その周波数は、もちろん可聴スペクトルを含む広い音のスペクトルで変動します。 そして、幻想は科学者に、そのようなカラフルなサウンドピクチャーではハリケーンが雷を鳴らし、嵐が吠えるはずだと提案しました...そして、それらの背後には、おそらくそれ自体について多くのことを伝えることができる実際の物理的プロセスがあります。 確かに、太陽嵐やささやきの言語を解読することも学ばなければなりません。 ですから、太陽の声を聞く機会は、とても魅力的に思えます。 しかし、太陽は、途方もない放射力を持っていますが、私たちが覚えているように、150億6万キロメートルの距離にあります。 電球のようにフォトフォンに持ち込むことはできません。 装置の音は、そのような距離から来る光線によって引き起こされるのでしょうか? ラジエフスキーは必要な計算を行った。 この仮説を検証するには、鏡の直径が少なくとも 7 ～ XNUMX m の強力な望遠鏡が必要であることがわかりました。 その目的は、研究対象の天体を観測者に近づけることだけではなく（そしてそれほどではありませんが）、天体からの信号を増幅することです。 ゲインはミラー直径の XNUMX 乗に応じて増加します。 強力なアンプ、つまり望遠鏡を使用してのみ、太陽の声を聞く可能性が現実になりました（図を参照）。
数年前にはそのような望遠鏡は存在しませんでした。 そして、ラジエフスキーの場合、すべては特別な科学雑誌の記事に限定されました。 ラジエフスキーのアイデアに対する同僚の意見は分かれた。 懐疑論者の最も深刻な議論の XNUMX つは次のように聞こえます。大気中の騒音が非常に強いため、太陽の声がそれらを通って地球に届くことはありません。 そのような疑問に応えて、ウラジミール・ヴィャチェスラヴォヴィッチはコウモリのよく知られた例を挙げています。 コウモリが夜行性であることは誰もが知っています。 彼らはあまり視力がありませんが、超音波信号の助けを借りて動き、周囲の物体から反射される波を放射し、それらに戻って正確に方向を定めることを可能にします。 あるとき、科学者たちは、彼らのライフスタイルが単に特定の時間に寝る習慣に関係しているのか、それとも他の深い理由があるのかを確認することにしました。 これを行うために、コウモリを飛行機に乗せ、いくつかのタイムゾーンを越えて輸送し、8日をXNUMX時間ずらした。 そしてなんと、ネズミたちは日没まで静かに電柱の上に座り、暗闇が始まるといつもの飛行を始めました。 ラジエフスキーはこの事実を次のように説明している。 地球は太陽放射に対して巨大な吸収膜のように反応します。 この反応は人間には聞こえない騒音として表されますが、より敏感なコウモリはよく捕らえます。 彼らにとって、ノイズは彼ら自身の弱い信号が失われる強力な背景です。 したがって、日中は方向を知る機会が奪われます。 日没後、騒音は消え、ネズミは動き回れるようになります。 夜間にも存在する大気騒音はコウモリの邪魔をしません。 これは、太陽の声を聞くのを妨げるほど強くないことを意味します。 一言で言えば、それは、近年建設された強力な望遠鏡の XNUMX つでの将来の実験にかかっているのです。 経験だけがアイデアを裏付けるか反証することができます。 そして今日では、試験実験が成功した場合にその結果がどうなるかを予測することさえ困難です。 おそらく、太陽の声は、まだ完全には理解されていない、私たちの星で起こっているプロセスに関する新しい情報を提供するでしょう。 おそらく、単純なフォトフォンが、太陽光から生まれる地球のノイズを捉えることができる超高感度機器の基礎となるでしょう。 そして、この騒音は地球と太陽について多くを語る可能性があります... 著者: V. メイエロフ
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