Звездное небо. 1. 2 Звездное небо

• Название: 1. 2 Звездное небо
• Анкор: Звездное небо
• Дата: 04.03.2022
• Размер: 3.01 Mb.
• Имя файла: Звездное небо.docx
• Тип: Документы; #382528

1.2 Звездное небо

Основные элементы небесной сферы. Небесные тела проецируются на небесную сферу.

Небесная сфера — воображаемая сферическая поверхность произвольного радиуса, в центре которой находится наблюдатель.

В средних широтах наблюдению доступно около 80% небесной сферы.

Наблюдателей, расположенных в разных местах земной поверхности, из-за малых размеров Земли в сравнении с расстояниями до звезд можно считать находящимися в центре небесной сферы. В действительности никакой материальной сферы, окружающей Землю, в природе не существует. Небесные тела движутся в беспредельном мировом пространстве на самых различных расстояниях от Земли. Эти расстояния невообразимо велики, наше зрение не в состоянии их оценить, поэтому человеку все небесные тела представляются одинаково удаленными. За год Солнце описывает большой круг на фоне звездного неба.

Эклиптика — годичный путь Солнца по небесной сфере.

Перемещаясь по эклиптике, Солнце дважды пересекает небесный экватор в точках равноденствий 21 марта и 23 сентября.

Точка небесной сферы, которая остается неподвижной при суточном движении звезд, условно называется Северным полюсом мира. Она располагается рядом с Полярной звездой. Противоположная точка небесной сферы называется Южным полюсом мира. Жители Северного полушария его не видят, так как он находится под горизонтом. Отвесная линия, проходящая через наблюдателя, пересекает небо над головой в точке зенита и в диаметрально противоположной точке, называемой надиром. Элементы небесной сферы показаны на рис. 1.4.

Рис. 1.4.Элементы небесной сферы

Утверждение, что Полярная звезда является очень яркой звездой, представляет собой одно из самых распространенных астрономических заблуждений. Это не так! В списке самых ярких звезд неба Полярная находится только на 46-м месте, намного уступая в блеске таким звездам, как Сириус, Вега или Арктур.

Суточное вращение звездного неба. Вращение звезд происходит с востока на запад. Если после захода Солнца отметить положение какой-либо яркой звезды вблизи горизонта на востоке, а затем посмотреть на ту же звезду через 1 ч, будет хорошо заметно, что она поднялась над горизонтом и несколько сместилась вправо относительно наземных ориентиров (рис. 1.5).

Рис. 1.5.Перемещение звезд в восточной части неба

Для наблюдения следует выбрать такое место, откуда хорошо видно небо. Заметьте, над какими наземными ориентирами (домами или деревьями) Солнце восходит утром на востоке, достигает зенита в полдень и заходит вечером на западе. Ту часть неба, где Солнце можно наблюдать в полдень, называют южной, противоположную — северной. Возвратитесь на то же место вечером, отметьте наиболее яркие звезды в тех же сторонах неба и зафиксируйте время наблюдения по часам. Если вернуться к наблюдениям через час или два, можно увидеть смещение звезд. Так, звезда, которая находилась на востоке (в месте восхода Солнца), поднялась выше, а та, которая была на западе (на места захода Солнца), опустилась ниже. Таким образом звезды, подобно Солнцу и Луне, поднимаются в восточной части горизонта, достигают наивысшего положения в южной части неба и затем заходят в западной части горизонта (рис. 1.6).

Рис. 1.6.Видимые суточные пути светил относительно горизонта в северной и южной частях неба

Проведите наблюдения в северной части неба сначала за звездами, находящимися низко к горизонту, а потом за поднявшимися более высоко. Тогда увидите: чем выше над горизонтом находятся звезды, тем менее заметным будет их перемещение. И наконец, можно найти на небе звезду, передвижение которой в течение всей ночи почти незаметно, а все небо вращается вокруг нее как одно целое. Эту звезду назвали Полярной звездой. Другие звезды в течение суток описывают полный круг с центром вблизи Полярной звезды.

Космический зонд «Вояджер-2», запущенный в 1977 г. для изучения газовых гигантов (Юпитера, Сатурна, Урана и Нептуна), пройдет на расстоянии 4,3 световых лет от Сириуса примерно через 296 тыс. лет.

Для проверки этого предположения можно провести небольшой опыт. Необходимо закрепить на штативе фотоаппарат, навести его на Полярную звезду и поставить длительную выдержку. В результате мы получим фотографию, на которой видны концентрические дуги — следы путей звезд по небу (рис. 1.7). Общий центр этих дуг — точка, которая остается неподвижной при суточном движении звезд, — условно называется Северным полюсом мира. Диаметрально противоположная ему точка — Южным полюсом мира.



Рис. 1.7.Концентрические дуги — следы путей звезд

Присмотревшись внимательнее, мы заметим, что разные звезды описывают дуги различного радиуса. Некоторые из них, например, входящие в созвездия Пегаса, Персея, Ориона, Тельца, за сутки проходят по окружностям большего радиуса, часть которых находится под горизонтом. Такие созвездия в течение суток восходят и заходят. Другие, например Большая Медведица, описывают окружности небольшого радиуса. Весь круг их движения остается над горизонтом — это незаходящие созвездия.

На следующий день звезды проделывают такой же путь под горизонтом. Таким образом, они совершают полный оборот по небу за одни сутки, не меняя своего взаимного расположения.

В древности, наблюдая суточное вращение неба, люди сделали глубоко ошибочный вывод, что звезды, Солнце и планеты ежесуточно обращаются вокруг Земли. На самом деле, как это установил в XVI в. Н.Коперник, видимое вращение звездного неба — только отражение суточного вращения Земли вокруг своей оси. Если наблюдатель находится на Северном полюсе, то вращение Земли происходит против часовой стрелки. Однако в реальной жизни мы не ощущаем вращения Земли, поэтому нам кажется, что небо вращается в противоположную сторону — по часовой стрелке.

При изучении видимых движений небесных тел необходимо определять их угловые положения в моменты наблюдения. Видимые положения светил определяются только направлениями, так как расстояния до них несущественны. Луна перемещается по небесной сфере со скоростью 13° в сутки, Солнце — 1° в сутки. Звезды восходят и заходят на одной и той же широте всегда в одном и том же месте.

Навигационные звезды. Из 6 тыс. звезд, видимых невооруженным глазом, навигационными считаются 24. Это наиболее яркие звезды примерно до второй звездной величины (они ярче или близки к яркости звезд Большого Ковша Большой Медведицы) и малая по яркости, но оказавшаяся в месте Северного полюса мира на небосводе, Полярная звезда (в созвездии Малой Медведицы).

Навигационные звезды — звезды, с помощью которых в авиации, мореплавании и космонавтике определяют местонахождение и курс транспортного средства.

Для ориентирования в Северном полушарии Земли используются следующие 14 звезд из различных созвездий (рис. 1.8, а):

• 
  Полярная звезда (Малая Медведица);
  
• 
  Арктур (Волопас);
  
• 
  Вега (Лира);
  
• 
  Капелла (Возничий);
  
• 
  Поллукс (Близнецы);
  
• 
  Альтаир (Орел);
  
• 
  Регул (Лев);
  
• 
  Альдебаран (Телец);
  
• 
  Денеб (Лебедь);
  
• 
  Бетельгейзе (Орион);
  
• 
  Процион (Малый Пес);
  
• 
  Альферац (Андромеда);
  
• 
  Хамаль (Овен);
  
• 
  Мирфак (Персей).
  

Рис. 1.8.Навигационные звезды Северного (а) и Южного (б) полушарий

В Южном полушарии помимо этих звезд для навигации используются следующие три (рис. 1.8, б):

• 
  Сириус (Большой Пес);
  
• 
  Спика (Дева);
  
• 
  Антарес (Скорпион).
  

В Средние века Сириус был одной из 15 избранных звезд, которым присваивались магические свойства астрологами в Европе и арабском мире. Каждую из таких звезд олицетворяли определенный камень и растение. Сириус отождествлялся с хризолитом и можжевельником, а наиболее сильное влияние на Сириус производила планета Венера, перемещаясь по небу.

Чтобы безошибочно отыскать навигационную звезду, недостаточно знать, в каком созвездии она находится. В облачную погоду, например, наблюдается только часть звезд. При космических полетах существует другое ограничение: в иллюминатор виден лишь небольшой участок неба. Поэтому необходимо уметь быстро распознать нужную навигационную звезду по цвету и блеску. Чаще всего ориентируются по Полярной звезде, которая не меняет своего положения в течение суток (рис. 1.9).

Рис. 1.9.Ориентация по Полярной звезде

Созвездия. Знание созвездий — азбука астрономии. Всего на небесной сфере 88 созвездий. Границы между этими строго определенными участками неба условны, они не имеют никакого физического смысла. Из 88 созвездий, которые официально зарегистрированы в 1930 г., 48 созвездий перечислил еще Птолемей во II в.

Созвездие — участок небесной сферы, границы которого определены специальным решением Международного астрономического союза (МАС).

Уже в древние времена наши предки делили звездное небо на четко различимые сочетания звезд, которые назвали созвездиями. Так, около 30 созвездий выделялось уже жителями позднего бронзового века, в 1650—1050 гг. до н.э., судя по записям на глиняных табличках Древней Месопотамии. Отсылки к созвездиям можно найти и в древнееврейских библейских текстах.

Регистрируя закономерности в движении звезд, наши предки научились измерять время, создали первые примитивные календари, ориентировались на местности. Разные народы в название созвездий вкладывали различный смысл. Названия созвездий они связывали с мифами, именами богов, названиями приборов и механизмов.

Ученые полагают, что название созвездия Большая Медведица существует уже около 100 тыс. лет. Семь ярких звезд этого созвездия имеют разнонаправленные движения, поэтому десятки веков назад шесть ярких звезд напоминали очертания медведицы, которая смотрела на седьмую звезду — медвежонка.

Древние греки связывали с созвездием Большой Медведицы миф о Каллисто, которую ревнивая богиня Гера превратила в безобразную медведицу. Сын Каллисто, возвращаясь домой с охоты, увидел у дверей своего дома медведицу и уже занес над ней оружие, но великий бог Зевс, влюбленный в Каллисто, помешал ужасному преступлению и перенес Каллисто в образе медведицы на небо.

В 1603 г. Иоганн Байер начал обозначать яркие звезды каждого созвездия буквами греческого алфавита: a (альфа), b (бета), g (гамма), d (дельта) и т.д., в порядке убывания их блеска. Эти обозначения используются до сих пор. Самые яркие звезды имеют собственные названия. Например, a созвездия Лиры — Вега. Только в 58 созвездиях самые яркие звезды называются a (альфа). В 13 созвездиях самые яркие звезды — b (бета), а в некоторых других используются другие буквы греческого алфавита.

Самые большие размеры имеет созвездие Гидра, его площадь — 1303 квадратных градуса (кв. град.). Самое малое созвездие — Южный Крест занимает площадь 68 квадратных градусов. Из видимых в Северном полушарии созвездий самым большим является Большая Медведица (1280 кв. град.) (рис. 1.10).

Рис. 1.10.Созвездие Большая Медведица — самое большое созвездие из видимых в Северном полушарии

Самое большое число звезд (5 звезд), ярче второй звездной величины, содержит созвездие Орион. Самое большое число звезд (19 звезд), ярче четвертой звездной величины, входит в созвездие Большая Медведица. Звезды, составляющие ковш Большой Медведицы, в пространстве расположены очень далеко друг от друга и никакой связанной группы не образуют (рис. 1.11).

Рис. 1.11.Расположение в пространстве звезд, составляющих ковш созвездия Большая Медведица

В созвездии Большая Медведица расположена самая знаменитая двойная система. Средняя звезда в ковше Большой Медведицы носит название Мицар. На некотором угловом расстоянии от Мицара расположена одна из самых известных двойных звезд — Алькор. Мицар в переводе с арабского означает «конь», а Алькор — «всадник». Еще в Древнем Египте в элитные войска фараона набирали юношей, которые обладали настолько острым зрением, что могли различать эти звезды.

Мы привыкли считать небесный ковш, состоящий из 7 ярких и легко различимых звезд, созвездием Большой Медведицы. Но на самом деле ковш — это астеризм, являющийся только частью этого созвездия. Созвездие Большой Медведицы состоит из огромного числа звезд и выходит далеко за пределы всем знакомого «ковша с ручкой». Кроме них в созвездии насчитывается еще 125 звезд ярче шестой звездной величины.

С древнейших времен астрономы разных народов складывали из них созвездия, следуя своим легендам, верованиям и представлениям о мире. Одни и те же астеризмы — яркие группы звезд — могли превращаться во что угодно. Например, знаменитый Большой Ковш в созвездии Большой Медведицы зачастую вовсе не связывался ни с ковшом, ни с медведицей. Например, в Египте вместо ковша жрецы могли видеть ногу Сета, бога войны и смерти, превратившегося в быка и убившего Осириса ударом копыта. Сокологоловый Гор отсек Сету конечность в отместку за убийство отца.

Одним из самых заметных в Северном полушарии является созвездие Кассиопея, оно показано на рис 1.12.

Рис. 1.12.Созвездие Кассиопея

Зодиакальные созвездия. Видимый годовой путь Солнца проходит через тринадцать созвездий, начиная от точки весеннего равноденствия: Овен, Телец, Близнецы, Рак, Лев, Дева, Весы, Скорпион, Змееносец, Стрелец, Козерог, Водолей, Рыбы. Двенадцать из них — зодиакальные. Пояс из двенадцати зодиакальных созвездий называется зодиаком (табл. 1.1, рис. 1.13). В каждом зодиакальном созвездии Солнце проводит примерно один месяц (рис. 1.14).

Таблица 1.1. Зодиакальные созвездия и знаки зодиака

Рис. 1.13.Пояс зодиака



Рис. 1.14.Прохождение Солнца по зодиакальным созвездиям

Около 2 тыс. лет назад знаки зодиака совпадали с одноименными зодиакальными созвездиями. Причиной смещения знаков зодиака относительно одноименных зодиакальных созвездий является установленная еще Гиппархом Родосским во II в. до н.э. прецессия, или предварение равноденствий. В ту далекую эпоху, во времена Гиппарха, точка весеннего равноденствия находилась в созвездии Овна, поэтому была обозначена знаком этого созвездия. Аналогично точка летнего солнцестояния располагалась в созвездии Рака и была обозначена его знаком, точка осеннего равноденствия — в созвездии Весов, а точка зимнего солнцестояния — в созвездии Козерога. Но затем они постепенно сместились к западу, теперь точка весеннего равноденствия находится в созвездии Рыб, а точка осеннего равноденствия — в созвездии Девы. Точка летнего солнцестояния с 1988 г. находится в созвездии Тельца. Смещение точки весеннего равноденствия (она обозначается на картах) происходит навстречу годичному движению Солнца со скоростью примерно 50² в год.

Созвездия в разное время года. Знакомство с созвездиями лучше начинать в летнее время года (рис. 1.15). Созвездия летнего неба не отличаются такими яркими звездами, как звездное небо зимой. В северной части неба видны Большая Медведица и Кассиопея (см. рис. 1.10 и 1.12).

Рис. 1.15.Созвездия летне-осеннего неба

Большая Медведица может служить хорошим помощником для запоминания и нахождения ярчайших звезд Северного полушария (рис. 1.16). На юге сияет летне-осенний треугольник — Вега, Денеб и Альтаир (рис. 1.17). Огромный крест Лебедя легко найти на фоне Млечного Пути. Ближе к горизонту можно заметить ярчайшую звезду Скорпиона — Антарес. К западу от треугольника находятся Геркулес, Северная Корона и Волопас.



Рис. 1.16.Нахождение ярчайших звезд Северного полушария с помощью созвездия Большая Медведица Рис. 1.17.Летне-осенний треугольник

Осенью на юге хорошо виден большой квадрат Пегаса, под ним — Рыбы. Длинная цепочка звезд, отходящая от Пегаса, — созвездие Андромеды. Треугольник уже находится низко над горизонтом. Кассиопея теперь в зените. Ее легко узнать на небе: она образует фигуру, похожую на букву W.

Самым примечательным созвездием, пожалуй, является созвездие Орион: практически в каждой древней культуре оно имело свое название и почиталось особым образом. Так, в Древнем Египте его считали воплощением Осириса, а в Древнем Вавилоне называли «Верный пастух небес». Но самое удивительное открытие было сделано в 1972 г.: в Германии был найден кусок кости мамонта возрастом более 32 тыс. лет, на котором было вырезано созвездие Орион.

Зимой слева от ковша Большой Медведицы хорошо виден Волопас, справа — Персей и Возничий (рис. 1.18). Настоящее украшение зимнего неба — созвездие Орион, по форме напоминающее бабочку. Правее его расположен Телец, в его глазу светится красный Альдебаран. В зените находится Возничий, левее — Близнецы, а под ними — Малый и Большой Пес с ярчайшей звездой Сириус. На юго-востоке виден Лев, высоко на востоке — Большая Медведица, а на северо-западе над заходящим Пегасом расположены Кассиопея и Цефей.

Рис. 1.18.Созвездия зимнего неба

Весной небо темное: на нем мало ярких звезд и не видно Млечного Пути. На севере висит перевернутый ковш Большой Медведицы. Ручка ковша указывает на оранжевый Арктур — ярчайшую звезду северного неба. На продолжении этой дуги можно отыскать Спику — a Девы. Высоко на юге залег Лев, между ним и Волопасом расположено созвездие Волосы Вероники. На западе заходят Плеяды и Орион.

Семь ярких звезд Большого ковша имеют названия: Дубхе, Мерак, Фекда, Мегрец, Алиот, Мицар, Бенетнаш. Яркая звезда Дубхе в переводе с арабского означает «медведь», а звезда Фекда — «бедро медведя». Звезда Алиот — «первая в хвосте Большой Медведицы», а звезда Бенетнаш — «конец хвоста Большой Медведицы» — имела также название «предводительница плакальщиц». Такие собственные имена звезд объясняются тем, что в древности астрономы находили звезды не по координатам, а по точным описаниям рисунка созвездий.

Астеризм. Понятие «астеризм» не является строго научным, скорее это дань традиции. Однако с развитием любительской астрономии энтузиастами формировались каталоги астеризмов, состоящих из звезд, наблюдаемых невооруженным глазом и с помощью непрофессиональной оптики.

Астеризм — легко различимая группа звезд, имеющая исторически устоявшееся самостоятельное название.

Один из самых известных астеризмов на небе — Большой Ковш, находящийся в созвездии Большая Медведица.

В каждой культуре были свои созвездия и астеризмы. В дальнейшем с развитием астрономии созвездия стали обозначать участки неба со строго определенными границами. В то же время термин «астеризм» сохранил старый смысл. Поэтому начинающему любителю астрономии рекомендуется приступать к изучению звездного неба с запоминания наиболее интересных и ярких астеризмов.

Астеризмы часто используют в навигации, поэтому их условно разделяют на два основных типа: астеризмы-указатели — пары звезд, которые по условной линии, проведенной между ними, указывают на ночном небе направление на другие звезды, и навигационные. Первый тип помогает астрономам лучше ориентироваться в звездном небе, второй — используют мореплаватели и путешественники для ориентации на местности.

Резюме. На протяжении столетий люди любовались небом и изучали звездное небо — одно из величайших зрелищ Природы. Настоящее время К.Э.Циолковский назвал «эрой пристального изучения неба». Космические полеты приблизили к нам звезды и открыли новые горизонты для изучения звездного неба.

Для тех, кто хорошо знаком с созвездиями и их расположением по отношению к горизонту в различные моменты суток и года, звезды могут служить отличными ориентирами, позволяющими находить стороны горизонта в незнакомой местности и даже приблизительно определять момент времени.

Контрольные вопросы

1. 
   Как доказать существование суточного вращения звездного неба?
   
2. 
   Дайте определение понятию «созвездие».
   
3. 
   Зачем введено понятие «небесная сфера»?
   
4. 
   Какие созвездия входят в пояс зодиака?
   
5. 
   Какое значение имеет изучение звездного неба для развития человеческой цивилизации?