II. Практические основы астрономии

3. Созвездия. Звездные карты. Небесные координаты

1. Созвездия

Знакомиться со звездным небом надо в безоблачную ночь, когда свет Луны не мешает наблюдать слабые звезды. Прекрасна картина ночного неба с рассыпанными по нему мерцающими звездами. Число их кажется бесконечным. Но так только кажется, пока вы не приглядитесь и не научитесь находить на небе знакомые группы звезд, неизменных по своему взаимному расположению. Эти группы, названные созвездия-м и, люди выделили тысячи лет назад. Под созвездием понимают область неба в пределах некоторых установленных границ. Все небо разделено на 88 созвездий, которые можно находить по характерному для них расположению звезд.

Многие созвездия сохраняют свое название с глубокой древности. Некоторые названия связаны с греческой мифологией, например Андромеда, Персей, Пегас, некоторые - с предметами, которые напоминают фигуры, образуемые яркими звездами созвездий: Стрела, Треугольник, Весы и др. Есть созвездия, названные именами животных, например Лев, Рак, Скорпион.

Созвездия на небосводе находят, мысленно соединяя их ярчайшие звезды прямыми линиями в некоторую фигуру, как показано на звездных картах (см. звездную карту в приложении VII, а также рис. 6, 7, 10). В каждом созвездии яркие звезды издавна обозначали греческими буквами^*, чаще всего самую яркую звезду созвездия - буквой α, затем буквами β, γ и т. д. в порядке алфавита по мере убывания яркости; например, Полярная звезда есть а созвездия Малой Медведицы.

^* (Греческий алфавит дан в приложении II. )

На рисунках 6 и 7 показаны расположение главных звезд Большой Медведицы и фигура этого созвездия, как его изображали на старинных звездных картах (способ нахождения Полярной звезды знаком вам из курса географии).

Рис. 6. Фигура созвездия Большой Медведицы (со старинной звездной карты), его современные границы указаны пунктиром

Рис. 7. Созвездия Большой и Малой Медведицы и изменение их положения относительно горизонта при суточном вращении неба

Невооруженным глазом в безлунную ночь можно видеть над горизонтом около 3000 звезд. В настоящее время астрономы определили точное местоположение нескольких миллионов звезд, измерили приходящие от них потоки энергии и составили списки-каталоги этих звезд.

2. Видимая яркость и цвет звезд

Днем небо кажется голубым оттого, что неоднородности воздушной среды сильнее всего рассеивают голубые лучи солнечного света.

Вне пределов земной атмосферы небо всегда черное, и на нем можно наблюдать звезды и Солнце одновременно.

Звезды имеют разную яркость и цвет: белый, желтый, красноватый. Чем краснее звезда, тем она холоднее. Наше Солнце относится к желтым звездам.

Ярким звездам древние арабы дали собственные имена. Белые звезды: Вега в созвездии Лиры, Альтаир в созвездии Орла (видны летом и осенью), Сириус - ярчайшая звезда неба (видна зимой); красные звезды: Бетельгейзе в созвездии Ориона и Альдебаран в созвездии Тельца (видны зимой), Антарес в созвездии Скорпиона (виден летом); желтая Капелла в созвездии Возничего (видна зимой)^*.

^* (Названия ярких звезд даны в приложении IV. )

Самые яркие звезды еще в древности назвали звездами 1-й величины, а самые слабые, видимые на пределе зрения,- звездами 6-й величины. Эта старинная терминология сохранилась и в настоящее время. К истинным размерам звезд термин "звездная величина" (обозначается буквой m) отношения не имеет, она характеризует световой поток, приходящий на Землю от звезды. Принято, что при разности в одну звездную величину видимая яркость звезд отличается примерно в 2,5 раза. Тогда разность в 5 звездных величин соответствует различию в яркости ровно в 100 раз. Так, звезды 1-й величины в 100 раз ярче звезд б-й величины. Современные методы наблюдений дают возможность обнаружить звезды примерно до 25-й звездной величины.

Точные измерения показывают, что звезды имеют как дробные, так и отрицательные звездные величины, например: для Альдебарана звездная величина m=1,06, для Беги m=0,14, для Сириуса m= - 1,58, для Солнца m= -26,80.

3. Видимое суточное движение звезд. Небесная Сфера

Из-за осевого вращения Земли звезды нам кажутся перемещающимися по небу. Если стать лицом к южной стороне горизонта и наблюдать суточное движение звезд в средних широтах северного полушария Земли, то можно заметить, что звезды восходят на восточной стороне горизонта, поднимаются выше всего над южной стороной горизонта и заходят на западной стороне, т. е. они движутся слева направо, по ходу часовой стрелки (рис. 8). При внимательном наблюдении можно заметить, что Полярная звезда почти не меняет положения относительно горизонта. Все же другие звезды описывают в течение суток полные круги с центром вблизи Полярной. В этом можно легко убедиться, проделав в безлунную ночь следующий опыт. Фотоаппарат, установленный на "бесконечность", направим на Полярную звезду и надежно укрепим в этом положении. Откроем затвор при полностью открытом объективе на полчаса или час. Проявив полученный таким образом снимок, увидим на нем концентрические дуги - следы путей звезд (рис. 9). Общий центр этих дуг - точка, которая остается неподвижной при суточном движении звезд, условно называется северным полюсом мира. Полярная звезда к нему очень близка (рис. 10). Диаметрально противоположная ему точка называется южным полюсом мира. Для наблюдателя северного полушария Земли он находится под горизонтом.

Рис. 8. При суточном вращении неба звезды в восточной стороне неба перемещаются вправо и вверх

Рис. 9. Фотография околополярной области неба, снятая неподвижной камерой с экспозицией около часа

Рис. 10. Созвездия в окрестности Полярной звезды

Явления суточного движения звезд удобно изучать, воспользовавшись математическим построением - небесной сферой, т. е. воображаемой сферой произвольного радиуса, центр которой находится в точке наблюдения. На поверхность этой сферы проецируют видимые положения всех светил, а для удобства измерений строят ряд точек и линий (рис. 11). Так, отвесная линия ZCZ', проходящая через наблюдателя, пересекает небо над головой в точке зенита Z. Диаметрально противоположная точка Z' называется надиром. Плоскость (NESW), перпендикулярная отвесной линии ZZ', является плоскостью горизонта - эта плоскость касается поверхности земного шара в точке, где расположен наблюдатель (точка С на рис. 12). Она делит поверхность небесной сферы на две полусферы: видимую, все точки которой находятся над горизонтом, и невидимую, точки которой лежат под горизонтом.

Рис. 11. Основные точки и линии небесной сферы

Рис. 12. Соотношение между линиями и плоскостями на небесной сфере и на земном шаре

Ось видимого вращения небесной сферы, соединяющую оба полюca мира (Р и Р') и проходящую через наблюдателя (С), называют осью мира (рис. 11). Ось мира для любого наблюдателя всегда будет параллельна оси вращения Земли (рис. 12). На горизонте под северным полюсом мира лежит точка севера N (см. рис. 11 и 12), диаметрально противоположная ей точка S - точка юга. Линия NCS называется полуденной линией (рис. 11), так как вдоль нее на горизонтальной плоскости в полдень падает тень от вертикально поставленного стержня. (Как на местности провести полуденную линию и как по ней и по Полярной звезде ориентироваться по сторонам горизонта, вы изучали в. V классе в курсе физической географии.) Точки востока Е и запада W лежат на линии горизонта. Они отстоят от точек севера N и юга S на 90°. Через точку N, полосы мира, зенит Z и точку S проходит плоскость небесного меридиана (см. рис. 11), совпадающая для наблюдателя С с плоскостью его географического меридиана (см. рис. 12). Наконец, плоскость (QWQ'E), проходящая через центр сферы (точку С) перпендикулярно оси мира, образует плоскость небесного экватора, параллельную плоскости земного экватора (см. рис. 12). Небесный экватор делит поверхность небесной сферы на два полушария: северное с вершиной в северном полюсе мира и южное с вершиной в южном полюсе мира.

4. Звездные карты и небесные координаты

Чтобы сделать звездную карту, изображающую созвездия на плоскости, надо знать координаты звезд. Координаты звезд относительно горизонта, например высота, хотя и наглядны, но непригодны для составления карт, так как все время меняются. Надо использовать такую систему координат, которая вращалась бы вместе со звездным небом. Такой системой координат является экваториальная система, она так названа потому, что экватор служит той плоскостью, от которой и в которой производятся отсчеты координат. В этой системе одной координатой является угловое расстояние светила от небесного экватора, называемое склонением δ (рис. 13). Оно меняется в пределах ±90° и считается положительным к северу от экватора и отрицательным к югу. Склонение аналогично географической широте.

Рис. 13. Экваториальные координаты

Вторая координата аналогична географической долготе и называется прямым восхождением α.

Прямое восхождение светила М измеряется углом между плоскостями больших кругов, один проходит через полюсы мира и данное светило М, а другой - через полюсы мира и точку весеннего равноденствия , лежащую на экваторе (см. рис. 13). Так назвали эту точку потому, что в ней Солнце бывает (на небесной сфере) весной 20-21 марта, когда день равен ночи.

Прямое восхождение отсчитывают по дуге небесного экватора от точки весеннего равноденствия против хода часовой стрелки, если смотреть с северного полюса. Оно изменяется в пределах от 0 до 360° и называется прямым восхождением потому, что звезды, расположенные на небесном экваторе, восходят (и заходят) в порядке возрастания их прямого восхождения. Поскольку это явление связано с вращением Земли, то прямое восхождение принято выражать не в градусах, а в единицах времени. За 24 ч Земля (а нам кажется, что звезды) совершает один оборот - 360°. Следовательно, 360° соответствуют 24 ч, тогда 15°-1 ч, 1°-4 мин, 15'-1 мин, 15"-1 с. Например, 90° составляют 6 ч, а 7 ч 18 мин - 109°30'.

В единицах времени прямое восхождение обозначается на координатной сетке звездных карт, атласов и глобусов, в том числе и на карте, приложенной к учебнику и "Школьному астрономическому календарю".

Упражнение 1

1. Что характеризует звездная величина?

2. Есть ли различие между северным полюсом мира и точкой севера?

3. Выразите 9 ч 15 мин 11 с в градусной мере.

Задание 1

1. По приложению VII ознакомьтесь с обращением и монтажом подвижной карты звездного неба.

2. По таблице координат ярких звезд, данной в приложении IV, найдите на звездной карте некоторые из указанных звезд.

3. По карте отсчитайте координаты нескольких ярких звезд и проверьте себя, используя приложение IV.