Группа ученых из разных стран заново изучила одно из самых ранних точно датированных свидетельств полного солнечного затмения и получила новые данные о том, как менялось вращение Земли за тысячи лет. Исследователи совместили историческую географию с современными астрономическими расчетами и восстановили, как выглядело затмение 709 года до нашей эры для наблюдателей из города Цюйфу, который был столицей древнего китайского княжества Лу. Результаты работы опубликованы в журнале Astrophysical Journal Letters, сообщает ScienceDaily.
Специалисты также рассмотрели древнюю запись, которая, возможно, описывает солнечную корону — слабую внешнюю атмосферу Солнца, становящуюся видимой невооруженным глазом во время полного затмения. Анализ предполагаемой формы короны указывает на то, что светило возвращалось к активной фазе после долгого периода необычно низкой активности. Эти выводы дают более точные сведения о скорости вращения Земли в древности и могут независимо подтвердить прежние реконструкции солнечной активности, основанные на измерениях радиоуглерода.
Затмение 17 июля 709 года до нашей эры наблюдали при дворе княжества Лу, и оно было зафиксировано в летописи «Чуньцю», составленной примерно через 200–300 лет. В первоначальной записи говорилось, что «солнце было полностью затмлено». Дополнительное описание сохранилось в «Ханьшу» (Книге Хань), где приводится отрывок, написанный примерно через семь веков после события и содержащий необычное наблюдение, которое может относиться к короне. Как пояснил ведущий автор работы Хисаси Хаякава из Университета Нагои, ценность записи не только в ее древности, но и в позднем дополнении из «Ханьшу», где затмившееся солнце описано как «совершенно желтое сверху и снизу»; традиционно этот фрагмент связывают с описанием солнечной короны, и если это действительно так, он представляет собой одно из самых ранних сохранившихся письменных описаний короны.
Поначалу историческое свидетельство противоречило современной астрономии. Когда ученые рассчитали траекторию затмения по существовавшим оценкам древнего вращения Земли, результаты показали, что полное затмение не должно было быть видно из ранее предполагаемого места расположения двора Лу в Цюйфу. Расхождение объяснилось ошибкой в географических координатах города: изучение археологических отчетов и исторических географических данных показало, что прежние расчеты помещали древний Цюйфу примерно на восемь километров от его реального местоположения. Исправление этой небольшой неточности позволило точнее восстановить затмение и извлечь ценные сведения о вращении Земли и виде Солнца. По словам Хаякавы, имеющего докторские степени по физике Солнца и восточной истории, эта поправка дала возможность измерить вращение Земли во время полного затмения, рассчитать ориентацию оси вращения Солнца и смоделировать вид короны.
Сохранность столь подробного наблюдения отражает важную роль астрономии в древнекитайском обществе. Сменявшие друг друга династии держали специалистов для слежения за небесными явлениями, поскольку необычные события на небе часто считались предзнаменованиями. Эта практика, известная как оменология (учение о знамениях), была тесно связана с политическими представлениями: затмения, полярные сияния и другие необычные астрономические явления иногда воспринимались как предупреждение о неподобающих действиях императора. Поэтому придворные астрономы тщательно фиксировали изменения на небе, и записи, накопленные за несколько династий, стали одними из самых ценных в мире исторических источников для изучения древних затмений. При этом исследователи подчеркивают важное различие между первоначальным наблюдением затмения и более поздним описанием короны: событие 709 года до нашей эры считается самой ранней явной письменной записью полного солнечного затмения с надежной датировкой, а его связь с одним из древнейших описаний короны остается неопределенной, поскольку соответствующий фрагмент появился в источнике спустя столетия после события.
Земля вращается не с идеально постоянной скоростью: за долгие периоды ее вращение постепенно замедлялось, отчасти из-за трения, связанного с океанскими приливами под действием притяжения Луны. Поэтому 2700 лет назад Земля вращалась немного быстрее, чем сегодня. С учетом уточненного положения древнего Цюйфу ученые получили более надежные оценки вращения Земли для периода с VIII по VI век до нашей эры. Их расчеты определили величину delta T (ΔT — показатель, описывающий отклонения вращения Земли от равномерной шкалы времени) для затмения 709 года до нашей эры в диапазоне от 20 264 до 21 204 секунд. Как отметил соавтор работы Мицуру Сома из Национальной астрономической обсерватории Японии, новый набор данных устраняет ошибки координат в прежних исследованиях вращения Земли и повышает точность датировки и реконструкции исторических астрономических событий. Эти измерения помогают лучше понять изменение продолжительности земных суток за тысячи лет и уточнить расчеты того, когда и где могли наблюдаться другие древние астрономические явления.
Помимо истории вращения Земли, затмение может свидетельствовать о важном переходе в активности Солнца. Ранее ученые восстанавливали древние солнечные циклы по радиоуглероду, сохранившемуся в годичных кольцах деревьев, и возможное описание короны 709 года до нашей эры дает еще один способ проверить эти данные. Как объяснил соавтор работы Мэтью Оуэнс, профессор космической физики Университета Рединга, это уникальное историческое дополнение о возможной структуре солнечной короны важно как опорная точка для реконструкций солнечной активности по кольцам деревьев и ледяным кернам, а также для независимой проверки моделей солнечной активности. Деревья поглощают из атмосферы углерод, включая небольшое количество радиоактивного радиоуглерода, и часть его закрепляется в годичных кольцах, создавая природную запись, доступную для изучения спустя тысячи лет. Уровень радиоуглерода зависит от космических лучей, достигающих атмосферы Земли: когда Солнце активнее, его магнитное влияние обычно сокращает поток таких лучей, что сказывается на образовании радиоуглерода. Обычно Солнце следует циклу активности длительностью около 11 лет, но иногда впадает в гораздо более длительные периоды сниженной активности — «великие минимумы», когда пятна становятся крайне редкими. Один из таких периодов, известный как «Новоассирийский великий минимум» или «Гомеровский великий минимум», длился примерно с 808 по 717 год до нашей эры, и затмение 709 года произошло вскоре после его окончания. По мнению исследователей, возможное описание короны согласуется с Солнцем, вернувшимся к регулярным циклам активности: его предполагаемая структура говорит о значительной магнитной активности и о том, что светило могло быть близко к пику своего 11-летнего цикла. Это согласуется с прежними реконструкциями по радиоуглероду в кольцах деревьев, хотя неопределенность вокруг исторического описания короны не позволяет считать вывод окончательным доказательством.
Работа показывает, как наблюдения, сохранявшиеся тысячи лет, продолжают помогать современной науке. Объединяя исторические документы, археологические данные, географические исследования и сложные астрономические модели, ученые получают сведения, которые иначе было бы невозможно измерить напрямую. В этом случае поправка всего в восемь километров помогла превратить древнюю запись о затмении в более точный источник данных о вращении Земли и возможное окно в далекое прошлое Солнца. Как заметил соавтор работы доктор Мэн Цзинь из Лаборатории солнечной и астрофизики Lockheed Martin, некоторые из наших предков были очень умелыми наблюдателями, и, соединяя их тщательные записи с современными вычислительными методами и историческими свидетельствами, можно найти новые сведения о нашей планете и нашей звезде из глубины тысячелетий.