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LABORATOIRE SCIENTIFIQUE POUR ENFANTS
Comment entendre le soleil. Laboratoire scientifique pour enfants
Annuaire / Laboratoire scientifique pour enfants Voix ensoleillée... Une combinaison de mots inhabituelle, n'est-ce pas ? Nous sommes tous habitués aux notions de "lumière du soleil", "rayons de soleil", en un mot, au fait que notre étoile se voit. Mais que pouvez-vous entendre d'autre... L'hypothèse de l'existence d'une voix solaire a été avancée par l'astronome Gorky, dont les travaux sont bien connus dans notre pays et à l'étranger, le professeur Vladimir Vyacheslavovich Radzievsky. De plus, il prédit même comment la voix ensoleillée sonnera: vous pouvez y entendre le rugissement des ouragans, le hurlement des tempêtes, le rugissement mesuré du ressac de la mer et une combinaison bizarre d'autres sons jusqu'alors inconnus de nous. Et étant déchiffrée, cette voix, peut-être, révélera de nombreux secrets de notre étoile. Comment est née l'idée insolite d'écouter le Soleil ? Vladimir Vyacheslavovich, répondant à cette question, dit qu'un phénomène pas si rare en science s'est produit lorsque l'on cherche une chose, mais qu'on trouve quelque chose de complètement différent. Mais l'histoire de son idée n'est pas seulement un exemple de virages inhabituels et inattendus dans une recherche scientifique passionnante, c'est aussi un exemple de suivre obstinément la logique de la recherche, la capacité à mener ce qui a été commencé à sa fin logique. Radzievsky a étudié comment la pression lumineuse affecte le mouvement des corps célestes. Pour ce faire, il devait trouver le moyen le plus précis de mesurer la pression de la lumière. La précision obtenue dans l'expérience classique de P. N. Lebedev n'était pas suffisante. Néanmoins, il est préférable de commencer l'histoire en se rappelant ce qu'est la pression lumineuse et comment a été réalisée l'expérience de Lebedev, au cours de laquelle l'existence de cette pression a d'abord été prouvée et son ampleur a été mesurée. Dans un récipient en verre sous vide sur un fil fin, le célèbre physicien a suspendu un cardan avec deux "ailes de mouche" légères (voir Fig.). Le scientifique a donc appelé les feuilles de métal les plus fines d'un diamètre d'environ 5 mm. L'une de ces ailes était argentée, l'autre était noircie. Grâce à un système de lentilles, la lumière d'un puissant arc électrique était dirigée vers eux. Et puis ce qui suit s'est produit: la surface noircie a absorbé la lumière, tandis que les photons ont été réfléchis par la surface argentée, ont rebondi, donnant ainsi à cette ailette une impulsion supplémentaire. En conséquence, la suspension avec des ailes tordues. L'expérience de P. N. Lebedev, comme on le sait, a prouvé qu'il existe une légère pression. Et selon l'angle de torsion de la suspension, il était possible d'établir approximativement sa valeur. La mesure et le calcul précis de la pression lumineuse sont très importants pour les astronomes qui doivent calculer le parcours des étoiles. Cette pression, par exemple, détermine en grande partie l'apparence et la forme des queues cométaires. Cependant, l'expérience de P. N. Lebedev, donnée au cours de la dernière année du siècle dernier, pour les problèmes d'aujourd'hui, comme nous l'avons déjà dit, ne fournit pas la précision requise. Radzievsky cherchait un moyen plus clair de mesurer. D'une manière ou d'une autre, il est tombé sur un livre intitulé "Audition et parole". L'auteur du livre a fait valoir que l'oreille humaine est beaucoup plus sensible que l'œil. Il semblerait que comparer ces deux sens entre eux soit aussi inutile que, disons, comparer la qualité des œuvres musicales et des confiseries. Après tout, l'œil réagit à un champ électromagnétique et l'oreille à un champ acoustique. Néanmoins, il y a un grain rationnel dans une telle comparaison. La supériorité relative de l'oreille sur l'œil ressort clairement de cet exemple. L'œil n'est pas capable de saisir la séquence d'images sur l'écran de cinéma, qui se produit à une fréquence de seulement 24 images par seconde. Et la membrane tympanique de l'oreille est une méthode de pression avec une fréquence allant jusqu'à 20 XNUMX hertz. Le scientifique s'est également rappelé qu'il existait depuis longtemps un appareil très simple et pratique pour tester l'audition - un thermophone. Avec son aide, testé, par exemple, les recrues de l'armée. Le thermophone est une boîte scellée avec un fil noirci, à partir de laquelle il y a une sortie - dans l'oreille. Un courant de 1 ampère est appliqué au fil, qui est modulé par un courant alternatif de fréquence sonore - 600 hertz. Les variables ici sont extrêmement petites : l'amplitude du courant alternatif, par exemple, est d'un dix-millionième de volt. Pendant 1/600 de seconde, le fil a le temps de se dilater un peu, dans le microintervalle suivant, il se rétrécit un peu ... Mais même ces vibrations insignifiantes que l'oreille entend, cependant, chaque personne a des manières différentes, qui sont utilisées pour tester audience. Ces faits ont conduit Radzievsky à l'idée suivante : si l'ouïe est si sensible, peut-être qu'avec son aide, il sera possible de mesurer la pression lumineuse avec plus de précision ? Pour vérifier, il a mené une expérience simple (voir fig.) Le scientifique a fabriqué un disque dans lequel cinq trous ronds de diamètre égal ont été découpés à la même distance les uns des autres. Le disque commence à tourner à une vitesse de 100 tr/min et un puissant faisceau de lumière est dirigé vers lui. Derrière le disque, en face d'un des trous, se trouve une boîte scellée avec une membrane argentée. Un tube fin sort de la boîte et est inséré dans l'oreille. En une minute, la lumière est bloquée 500 fois et rouverte, la membrane est soit sous l'influence de la lumière, soit non. Par conséquent, il devrait sonner, subissant une exposition périodique à une légère pression. L'expérience a été un succès. Le son était assez fort. Il ne restait plus qu'à calibrer sa force, et il était possible de calculer la valeur d'une légère pression... Eurêka ? Le succès, parfois trop facile, ne pouvait qu'alerter le vrai chercheur. Pour vérification, le scientifique (comme il l'admet lui-même - purement intuitivement) a noirci la membrane avec de la suie. Le son devrait avoir disparu, ou du moins devenir nettement plus faible. Après tout, la pression lumineuse est proportionnelle au coefficient de réflexion de la lumière, et pour une surface noircie, elle est négligeable. Cependant, quelque chose de tout à fait différent s'est produit. La membrane a littéralement rugi !
Il est devenu clair que ce n'était pas la pression légère qui s'est manifestée principalement dans l'expérience. Quelle est alors la raison du phénomène observé ? De toute évidence, le chercheur a suggéré que la suie se réchauffe simplement sous l'influence du flux lumineux et se refroidit lorsque la lumière est bloquée (rappelez-vous le fil dans le thermophone). Par conséquent, la couche d'air adjacente à la membrane se dilate et se contracte périodiquement. Les vibrations élastiques de l'air sont transmises au tympan. Une fois de plus, cet indice a été confirmé par une nouvelle expérience, où au lieu d'un arc électrique puissant, une ampoule ordinaire a servi de source lumineuse. L'effet s'est manifesté, mais le son, bien sûr, est devenu plus silencieux. Strictement parlant, l'expérience de test n'est pas difficile à reproduire. Pour ce faire, vous avez besoin d'un appareil simple - un phonendoscope médical ordinaire, avec lequel le médecin écoute le patient. En le ramassant, vous verrez qu'un écrou est vissé sur la chambre de collecte du son, pressant fermement une membrane rigide contre la chambre (voir Fig.). Dévissez-le, recouvrez l'intérieur de la chambre d'une épaisse couche de suie, puis remettez en place l'écrou et la membrane en vérifiant soigneusement leur serrage. Les tubes en caoutchouc et les embouts auriculaires doivent également être hermétiques. Après tout, l'énergie sonore générée dans la chambre est négligeable et la moindre fuite de celle-ci entraînera une défaillance. Si vous approchez maintenant le phonendoscope de l'ampoule (la distance qui les sépare dépend de votre acuité auditive et peut varier de 10 cm à 1 m), vous entendrez un bourdonnement même faible correspondant au son d'un diapason de fréquence de 50 hertz. Quelqu'un peut avoir des doutes - le son est-il causé par un champ électromagnétique alternatif ? Essayez de bloquer la lumière avec n'importe quel écran opaque. Le son disparaîtra immédiatement et apparaîtra au même moment lorsque l'écran est retiré. Au contraire, un écran transparent, par exemple en plexiglas, ne supprime pas le son d'une ampoule.
L'origine du son ici est exactement la même que dans l'expérience décrite ci-dessus. Radzievsky a appelé ce phénomène l'effet photophone, et l'appareil pour sa détection (le "stéthoscope modernisé" à l'aide de suie) - le photophone. Une personne ayant un esprit technique trouvera immédiatement comment utiliser pratiquement un photophone. Eh bien, au moins pour vérifier la qualité des ampoules. La nature du son de l'ampoule devrait apparemment être associée à l'état technique du filament.
Mais, bien sûr, les ampoules ne sont pas l'essentiel. Au final, ils savent déterminer leur qualité même sans photophone. Réfléchissant à l'effet découvert, Radzievsky s'est soudain pris dans une pensée simple et en même temps extraordinairement audacieuse. Si le photophone entend une ampoule ordinaire de XNUMX watts, cela signifie qu'il peut aussi répondre à un émetteur infiniment plus puissant - le Soleil... Ici, nous avons tracé en termes généraux le chemin de l'origine de l'idée d'écouter le Soleil. Un lecteur attentif, même à partir de ces quelques événements et faits, pourra probablement deviner que Vladimir Vyacheslavovich appartient à ce type peu fréquent de chercheurs appelés "générateurs d'idées" dans le monde scientifique. En effet, il est même difficile de compter, encore moins d'énumérer, toutes les hypothèses avancées par lui au cours de nombreuses années d'activité scientifique. Dans le même temps, le scientifique partage volontiers ses idées avec ses collègues, principalement avec ses étudiants travaillant dans de nombreuses villes du pays. Bien que certaines de ses hypothèses n'aient pas été confirmées - cela est inévitable en science, mais d'autres idées sont développées avec succès. Et il est également facile de voir que Radzievsky peut se passer d'équipements coûteux ou de certains appareils spéciaux. Il est toujours sauvé par la pensée non standard, la fiction et l'imagination créative. Pour s'en assurer, nous aurons encore de nouvelles opportunités. Revenons à l'hypothèse. La lumière du soleil, comme la lumière d'une ampoule électrique, n'est en fait pas du tout aussi douce qu'elle n'y paraît à l'œil nu. Vue à travers un télescope, la surface de notre luminaire ressemble à de la bouillie de riz bouillante. Chaque grain de "bouillie" - une granule - est le résultat d'une percée convective à travers la photosphère du Soleil d'une masse de gaz plus incandescente provenant de ses profondeurs. La taille de chaque granule est de 150 à 1000 km, sa durée de vie moyenne est de 3 à 5 minutes et la température est de 300 à 500 degrés supérieure à celle du fond environnant. Chaque centième de seconde, environ 50 granules naissent et meurent, et en même temps environ un million d'entre eux sont observés sur le Soleil. D'où l'impression de bouillie bouillante. Tous ces processus de naissance et de mort constantes de granules donnent inévitablement à la lumière du soleil un "tremblement", dont la fréquence fluctue dans un large spectre sonore, y compris, bien sûr, celui audible. Et puis la fantaisie a suggéré au scientifique que dans une image sonore aussi colorée, les ouragans devraient tonner, les tempêtes hurler ... Et derrière eux se trouvent de vrais processus physiques, qui, peut-être, peuvent en dire beaucoup sur eux-mêmes. Certes, il faut aussi apprendre à déchiffrer le langage des tempêtes solaires et des chuchotements. Alors, l'occasion d'entendre le Soleil, voyez-vous, semble très tentante. Mais le Soleil, bien qu'il ait une puissance de rayonnement colossale, est, on s'en souvient, à une distance de 150 millions de kilomètres. Vous ne pouvez pas l'apporter à un photophone comme une ampoule. Le son de l'appareil sera-t-il causé par des rayons provenant d'une telle distance ? Radzievsky a fait les calculs nécessaires. Il s'est avéré que pour tester l'hypothèse, un télescope puissant avec un diamètre de miroir d'au moins 6-7 m est nécessaire. Qu'est-ce que le télescope a à voir avec cela ? Son but n'est pas seulement (et pas tant) de rapprocher les corps célestes étudiés de l'observateur, mais d'amplifier les signaux provenant d'eux. Le gain augmente avec le carré du diamètre du miroir. Seulement avec un amplificateur puissant - un télescope, la possibilité d'entendre la voix du soleil est devenue réelle (voir Fig.).
Il y a quelques années, de tels télescopes n'existaient pas. Et avec Radzievsky, tout se limitait à un article dans une revue scientifique spéciale. Les opinions des collègues sur l'idée de Radzievsky étaient partagées. L'un des arguments les plus sérieux des sceptiques ressemble à ceci : les bruits dans l'atmosphère sont si forts que la voix du soleil ne peut pas atteindre la Terre à travers eux. En réponse à de tels doutes, Vladimir Vyacheslavovich donne un exemple bien connu avec ... des chauves-souris. Tout le monde sait que les chauves-souris sont nocturnes. Ils voient mal, mais se déplacent à l'aide de signaux ultrasonores, émettant une onde réfléchie par les objets environnants et, en y retournant, permettent de s'orienter correctement. À un moment donné, les scientifiques ont décidé de vérifier : leur mode de vie est-il simplement lié à l'habitude de dormir à certaines heures ou a-t-il d'autres raisons plus profondes ? Pour ce faire, des chauves-souris ont été embarquées dans un avion et transportées à travers plusieurs fuseaux horaires, décalant leur journée de 8 heures. Et quoi - les souris se sont calmement assises sur les poteaux jusqu'au coucher du soleil, et avec le début de l'obscurité, elles ont commencé leurs vols habituels. Radzievsky explique ce fait comme suit. La Terre réagit au rayonnement solaire comme une membrane absorbante géante. Cette réaction se traduit par un bruit inaudible pour l'homme, mais bien capté par les chauves-souris plus sensibles. Pour eux, le bruit est un arrière-plan puissant sur lequel se perdent leurs propres signaux faibles. Par conséquent, pendant la journée, ils sont privés de la possibilité de s'orienter. Après le coucher du soleil, le bruit disparaît et les souris peuvent se déplacer. Les bruits atmosphériques, qui existent aussi la nuit, ne gênent pas les chauves-souris. Cela signifie qu'ils ne sont pas suffisamment puissants pour interférer avec l'écoute du Soleil. En un mot, c'est à la future expérience sur l'un des puissants télescopes construits ces dernières années. Seule l'expérience peut confirmer ou infirmer une idée. Et aujourd'hui, il est même difficile de prédire ce qui suivra le résultat de l'expérience de vérification, si elle réussit. Peut-être que la voix solaire fournira de nouvelles informations sur les processus qui se déroulent sur notre étoile, qui sont encore loin d'être entièrement compris. Peut-être qu'un simple photophone deviendra la base d'instruments ultra-sensibles capables de capter le bruit de la Terre, né de la lumière du soleil. Et ce bruit pourrait en dire long sur la Terre et le Soleil... Auteur : V. Meyerov
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