Частые и редкие гости на звездном небе

Знакомясь со звездным небом, наблюдатель неизбежно встретится с объектами, не принадлежащими к миру звезд, но видимыми на фоне созвездий. Таковы Луна, планеты, астероиды, кометы, болиды, метеоры, наконец, искусственные небесные тела - спутники Земли, космические ракеты и другие. Если яркие планеты способны исказить знакомые фигуры созвездий и тем спутать новичка, то другие перечисленные здесь объекты такой путаницы, естественно, не внесут. Однако каждый, кто решил познакомиться со звездным небом, должен знать, хотя бы в самых общих чертах, как природу этих объектов, так и их видимые, наблюдаемые характеристики.

В лунные ночи фон ночного неба заметно светлее, слабые звезды "тонут" в лунном сиянии, и в такие периоды разыскать какую-нибудь туманность или звездное скопление очень трудно. Да и вид их не столь эффектен, как в безлунные ночи.

Видимые размеры Луны почти равны видимым размерам Солнца - угловой поперечник обоих светил близок к 0,5°. Но Луна гораздо ближе к Земле, чем Солнце, и по своим действительным размерам она уступает не только Солнцу, но и Земле. Диаметр Луны равен 3478 км, а по объему Луна в 49 раз меньше земного шара. Масса Луны в 81 раз меньше массы Земли, а сила тяжести на лунной поверхности в шесть раз меньше, чем на Земле.

Вследствие вращения Земли вокруг оси Лупа, как и все другие небесные светила, участвует в видимом суточном вращении небосвода. Она поднимается над горизонтом в восточной части неба и опускается к горизонту в его западной половине. Но, кроме этого суточного видимого движения, Луна обладает и другим, собственным движением на фоне звезд. Это второе движение Луны вызвано ее обращением вокруг Земли. Луна перемещается на фоне звезд навстречу их суточному движению, причем за сутки она смещается почти на 13°, что в 26 раз превосходит видимый поперечник Луны. Нетрудно подсчитать, что через 27» суток Луна снова вернется в первоначальное положение относительно звезд, описав на небесной сфере окружность.

Промежуток времени, в течение которого Луна завершает полный оборот вокруг Земли по отношению к звездам (27» суток), называется звездным или сидерическим месяцем.

При движении по звездному небу Луна нередко загораживает собой несравненно более далекие звезды. Такие явления называются покрытиями звезд Луной. Их наблюдения позволяют уточнить закономерности в движении Луны.

Луна - холодный, темный шар. Мы видим Луну только потому, что она освещается солнечными лучами. Солнце всегда освещает

только половину лунного шара. Но эту освещенную половину Луны благодаря ее движению земной наблюдатель в разные моменты времени видит по-разному. Поэтому Луна изменяет свою видимую форму, свои фазы. Фазы Луны зависят от взаимного расположения Земли, Луны и Солнца. Когда Луна находится между Землей и Солнцем, к Земле обращена неосвещенная, темная половина Луны и Луну мы на небе не видим. Такая фаза Луны называется новолунием. Наоборот, когда Луна находится в противоположной точке своей орбиты, освещенное Солнцем полушарие Луны видно полностью. Эта фаза Луны называется полнолунием. В промежуточных положениях Луны на ее орбите земной наблюдатель видит большую или меньшую долю освещенной половины Луны.

Спустя два-три дня после новолуния Луна появляется в лучах вечерней зари в виде узенького серпика, горбом обращенного в сторону Солнца. С каждым днем лунный серп растет и примерно через неделю превращается в полукруг. Такая фаза Луны называется первой четвертью. Продолжая расти, Луна еще через неделю достигает полнолуния, а затем постепенно начинает убывать с противоположной стороны. Наступает последняя четверть - фаза, при которой Луна снова выглядит полукругом, горбом обращенным также в сторону Солнца, после которой спустя примерно неделю снова наступает новолуние.

Весь этот цикл изменения лунных фаз, называемый синодическим месяцем, занимает 291/2 суток. Синодический месяц, таким образом, равен промежутку времени между двумя последовательными одинаковыми фазами Луны.

При разных фазах верхняя кульминация Луны происходит в разное время. Например, полная Луна кульминирует в полночь, Луна в первой четверти - около 18 часов, а в последней четверти - около 6 часов (по местному времени). Эти сведения могут оказаться полезными при астрономической ориентировке. Новолуние и дни, близкие к этому моменту, - самые удобные периоды для знакомства со звездным небом. Наоборот, между первой и последней четвертью яркое сияние Луны затрудняет знакомство с миром звезд.

Иногда на звездном небе появляются странные светила. Внешне они похожи на туманную расплывчатую звезду, от которой нередко отходит несколько слабо светящихся прозрачных "хвостов". Еще в древности эти светила получили наименование помет. В переводе с древнегреческого на русский язык слово "комета" означает "косматая".

Большие яркие кометы, обращающие на себя внимание, сравнительно редки. В среднем их удается наблюдать, как показывает статистика, один раз в каждое десятилетие. Что же касается слабых по яркости и небольших по видимым размерам комет, то их очень много. Не проходит года, чтобы астрономы не открыли на небе примерно десяток таких телескопических комет.

Все кометы являются, по-видимому, членами Солнечной системы. Подобно планетам эти небесные тела обращаются вокруг

Солнца. Однако, в отличие от орбит планет, орбиты комет представляют собой в большинстве случаев очень сильно вытянутые эллипсы, в одном из фокусов которых находится Солнце. Поэтому расстояние комет от Солнца изменяется в весьма широких пределах. Вблизи перигелия своих орбит некоторые из комет пролетают очень близко от поверхности Солнца, тогда как афелии орбит тех же комет находятся за пределами орбиты Нептуна.

Когда комета находится вдалеке от Солнца, ее можно наблюдать только в телескоп. В этот период комета выглядит крошечным размазанным туманным пятнышком, в центре которого заметно звездообразное сгущение, называемое ядром.

С приближением кометы к Солнцу ее яркость и видимые размеры непрерывно растут. Из туманной оболочки кометного ядра, называемой головой кометы, вытягивается слабо светящийся туманный хвост (рис. 74).

Фотография кометы

Если комета близко подходит к Солнцу, у нее иногда образуется несколько хвостов, достигающих огромной длины. В такой период, при удачных условиях наблюдения с Земли, комета представляет величественное зрелище - иногда она "заслоняет" собой сразу несколько созвездий. Медленно, ото дня ко дню перемещаясь на фоне созвездий, комета при этом постепенно меняет форму, размеры и яркость своих хвостов.

Пролетев через перигелий, комета снова удаляется от Солнца. При этом ее хвосты быстро уменьшаются, и через несколько недель комета опять превращается в трудно наблюдаемое светящееся туманное пятнышко.

Размеры комет грандиозны. Головы некоторых из них превосходят Солнце, а хвосты тянутся в длину на сотни миллионов километров! Однако при таких невообразимо больших размерах масса комет очень мала и составляет в среднем ничтожные доли массы Земли.

Главная часть вещества комет сосредоточена в их твердых ядрах. Последние, по-видимому, представляют собой ледяные глыбы из замерзших газов, включающие в себя в виде примесей многочисленные твердые тугоплавкие частицы. Поперечники ядер комет не превышают, как правило, нескольких километров.

При сближении кометного ядра с Солнцем входящие в его состав замерзшие газы испаряются (или, точнее, возгоняются), образуя обширную газовую голову кометы и ее газовые хвосты. В некоторых случаях из кометного ядра может выделяться мелкая твердая космическая пыль, образующая пылевые хвосты кометы.

Голова и хвосты кометы из-за своей крайней разреженности настолько прозрачны, что сквозь них легко наблюдаются даже слабые звезды.

Кометы - это небесные тела, находящиеся в состоянии непрерывного разрушения. При каждом полете вблизи Солнца комета безвозвратно теряет газы своего ядра и выбрасываемую им пыль. Поэтому со временем каждую комету ждет одна и та же участь - окончательно разрушиться под действием солнечного тепла и света.

В начале XIX в. астрономы открыли несколько малых планет, обращающихся вокруг Солнца между орбитами Марса и Юпитера. Четырем, самым крупным из них были присвоены имена греческо-римских богинь - Цереры, Юноны, Паллады и Весты. Все они недоступны невооруженному глазу, а при наблюдениях в телескоп выглядят неяркими звездочками (слабее 7-й зв. величины), перемещающимися на фоне настоящих звезд^*. По этой причине малые планеты были названы астероидами, то есть, в переводе с греческого, "звездоподобными".

^* (Сведения о наиболее ярких астероидах даются в "Астрономическом календаре" на текущий год.)

В настоящее время открыто и изучено движение свыше 2300 астероидов. Самый крупный из них - астероид Церера - имеет поперечник, близкий к 1000 км. Большинство астероидов гораздо меньше. Их диаметры измеряются десятками километров и даже километрами. Известен астероид Гермес, поперечник которого составляет всего 1 км. Подобных и даже меньших, еще не открытых астероидов, по-видимому, очень много.

Подавляющее большинство малых планет имеет неправильную, осколочную форму. Масса астероидов так мала, что даже самые крупные из них лишены атмосферы. Как и крупные планеты, астероиды не имеют собственного света, а лишь отражают падающий на них солнечный свет.

Основная часть наиболее крупных астероидов обращается вокруг Солнца между орбитами Марса и Юпитера. Есть, однако, и такие малые планеты, орбиты которых представляют собой сильно вытянутые эллипсы. Такова, например, орбита астероида Икар, который, проходя через перигелий, оказывается ближе к Солнцу, чем Меркурий, а в афелии удаляется от Солнца дальше Марса. Есть основания полагать, что огромное множество пока не зарегистрированных астероидов обладает именно такими орбитами.

В 1977 г. открыт астероид, орбита которого целиком лежит между орбитами Сатурна и Урана. Ему дали название Хирон в память о мифическом мудром кентавре. Пока трудно сказать, уникален ли Хирон, или это только первый представитель нового пояса астероидов.

Межпланетное пространство заполнено множеством еще более мелких, чем астероиды, метеорных тел. Пересекая орбиту Земли, подобные тела иногда сталкиваются с нашей планетой. Тогда мы можем стать свидетелями падения "небесного камня" или метеорита. Врезавшись с огромной скоростью в земную атмосферу, метеорное тело испытывает сильное сопротивление воздуха. Перед ним образуется сгущение из раскаленного и ярко светящегося воздуха (так называемая воздушная подушка). Метеорное тело оплавляется, разрушается и только при значительной прочности не распадается на множество осколков. Полет его в атмосфере, называемый болидом, сопровождается световыми и звуковыми явлениями. Ослепительное яркое тело, оставляя за собою огненный след и облака дыма, с грохотом несется по небу (рис. 75). Вероятно, именно болиды послужили причиной создания всевозможных суеверных сказок о летающих драконах и "змеях-горынычах".

Рис. 75. Болид

Упавшие на Землю метеориты представляют огромную ценность для науки. Пока это единственные небесные тела, которые удается (как и лунный грунт) исследовать непосредственно в лабораторных условиях.

Метеориты всегда носят на себе следы своего полета в земной атмосфере. Их поверхность оплавлена и покрыта темной коркой, называемой корой плавления. Встречные потоки воздуха порождают характерные углубления на поверхности "небесных камней", напоминающие вмятины от пальцев на мягкой глине. Эти углубления называются регмаглиптами.

По составу метеориты делятся на три группы: железные, каменные и железокаменные. В железных метеоритах преобладает железо с примесью никеля. В отличие от обычного "земного" железа, метеоритное железо хорошо куется в холодном состоянии и обладает особой кристаллической структурой. Внешне железные метеориты напоминают осколки снарядов или бомб. В каменных метеоритах преобладают кремний и кислород. Внешне каменные метеориты похожи на темные земные камни. Железокаменные метеориты имеют смешанный, промежуточный химический состав.

Очень редко, примерно раз в тысячелетие, в земную атмосферу влетают исполинские тела массой в тысячи и десятки тысяч тонн. Воздушная оболочка Земли не в состоянии затормозить полет такого тела и, не потеряв космической скорости иногда в несколько десятков километров в секунду, гигантский метеорит врезается в земную поверхность. При этом ударе мгновенно разрушается кристаллическая решетка метеорита и освобожденные молекулы, подобно молекулам сильно сжатого газа, стремятся разлететься в разные стороны. В результате происходит взрыв, по мощи не уступающий взрыву сильнейших взрывчатых веществ в количестве, равном (или даже большем) массе метеорита. При этом взрыве как сам метеорит, так и окружающие его земные породы, обращаются в раскаленный газ. Вот почему при падении исполинских метеоритов образуются огромные воронки, называемые метеоритными кратерами.

Наблюдая звездное небо, почти всегда можно заметить явление, называемое "падающей звездой" или метеором. Создается впечатление, что с неба "сорвалась" и упала одна из звезд, оставив за собой слабый свет. На самом деле "падающие звезды" к настоящим звездам, далеким солнцам, никакого отношения не имеют. Метеоры возникают при вторжении в земную атмосферу мельчайших частиц космического вещества массой в доли грамма.

Метеорные частицы взаимодействуют с земной атмосферой подобно метеоритам. Разница здесь только в масштабах явлений. Впереди летящей метеорной частицы образуется "воздушная подушка" из сильно раскаленного и сжатого воздуха, значительно превосходящая по размерам само метеорное тело. Ее свечение мы и наблюдаем как "падающую звезду".

За летящей частицей остается светящийся след из продуктов распада этого тела. Метеоры вспыхивают на высотах 80-120 км" где находится верхняя граница сравнительно плотных слоев атмосферы. В отличие от метеоритов, метеорные тела так малы, что поверхности Земли не достигают, а полностью распыляются в атмосфере. Установлено, что множество метеорных частиц образуется при распаде ядер комет. Так, например, в 1846 г. комета, открытая чешским астрономом Биэлой, разделилась на две части, движущиеся в пространстве по параллельным орбитам. В одно из следующих возвращений кометы Биэлы к Солнцу, в ноябре 1872 г., вместо кометы на небе наблюдалось множество метеоров, образовавших настоящий "звездный дождь". Очевидно, рой мельчайших метеорных тел, породивших это красивое небесное явление, представлял собой частицы окончательно распавшегося кометного ядра.

С другой стороны, известны метеорные потоки. Так называют скопления метеорных тел, обращающиеся вокруг Солнца по сильно вытянутым эллиптическим орбитам. Вычислено, что орбиты многих метеорных потоков сходны с орбитами известных комет. Следовательно, распадаясь, кометы оставляют за собою "шлейф" из множества частиц, тянущихся вдоль всей ее орбиты.

После окончательного распада кометы вещество ее ядра постепенно распределяется вдоль орбиты, образуя нечто вроде исполинского "бублика".

При встрече Земли с метеорным потоком на небе наблюдается более или менее интенсивный "звездный дождь". Метеоры кажутся при этом вылетающими из одной точки неба, называемой радиантом. На самом деле их пути в атмосфере почти параллельны и они кажутся сходящимися, как железнодорожные рельсы, лишь вследствие явления перспективы.

Ежесуточно в земную атмосферу вторгаются десятки тысяч тонн твердого космического вещества (метеоритов, метеорных тел, космической пыли). Общее его количество в Солнечной системе должно быть поэтому очень большим.

Несколько слов о наблюдениях искусственных небесных тел, главным образом искусственных спутников Земли.

В настоящее время общее число объектов, выведенных на околоземные орбиты (искусственных спутников Земли, последних ступеней ракет, защитных конусов и т. п.), достигает нескольких тысяч. Поэтому каждый вечер можно наблюдать даже невооруженным глазом полет одного или нескольких искусственных небесных тел. Единственное приемлемое время для их наблюдения - сумерки, когда фон неба уже достаточно темен, а спутник, освещаемый Солнцем, еще не успел скрыться в конусе земной тени. Впрочем, спутники, снабженные собственными источниками света, естественно, могут быть видны в любой момент ночи.

Движение спутников неравномерно. Причина не только в неравномерности их полета по эллиптической орбите, но главным образом в перспективном сокращении отрезков пути, проходимых за одинаковые промежутки времени. Подобно этому поезд, издалека кажущийся медленно движущимся, стремительно проносится мимо нас.

Иногда удается заметить изменение видимой яркости спутника. У этого явления также две причины: вращение не шарообразного спутника вокруг оси и эффект фазы (ведь спутник, как Луна, при движении быстро меняет фазы!).

Хорошо зная звездное небо, можно наблюдая спутник визуально или фотографируя, в некоторых случаях оказать помощь науке. О простейших любительских наблюдениях искусственных спутников Земли написаны две хорошие книги^*, к которым мы и адресуем интересующихся этим вопросом.

^* (Каплан С. А. Как увидеть, услышать и сфотографировать искусственные спутники Земли. - М.: Физматгиз, 1958; Астапович И. С. и Капле н С. А. Визуальные наблюдения искусственных спутников Земли. - М.: Гос-техиздат, 1957. Инструкцию по наблюдению ИСЗ можно найти также в кн.: Астрономический календарь: Постоянная часть. - М.: Наука, 1981.)

Познакомимся теперь подробнее с Луной, - самым близким к Земле небесным телом.