Исследовательская работа Тема: «Расположение звезд на небе

Кто из нас не слышал о Полярной звезде? Еще Шекспир в «Юлии Цезаре» устами главного героя говорил:

Но неизменен я, как неизменна
Полярная звезда: она недвижна —
И в целом небе нет подобной ей.
На небе много звезд; их всех не счесть,
И все они блестят и все мерцают,
Но лишь одна не изменяет места.

В отличие от других звезд, которые в разное время суток видны то на востоке, то на юге, то на западе, восходят над горизонтом и заходят за горизонт, подобно Солнцу и Луне, Полярная звезда почти не меняет своего положения на небе, и зимой, и летом, указывая направление на север, к полюсу Земли.

Именно из-за своего положения на небе Полярная звезда и приобрела такую популярность. Между тем, простому человеку, не специалисту-астроному, о самой звезде известно немного, часто — вообще ничего. Попробуем восполнить пробелы в знаниях, указав на некоторые интересные факты, а заодно развенчав кое-какие мифы о Полярной звезде.

Факт № 1. Полярная звезда не самая яркая звезда на небе

Утверждение, что Полярная звезда является очень яркой звездой, представляет собой одно из самых распространенных астрономических заблуждений. Многие люди, не слишком знакомые со звездным небом, полагают, что Полярная звезда очень яркая, если не ярчайшая звезда на нем.

Это не так! В списке самых ярких звезд неба Полярная находится только на 46 месте, намного уступая в блеске таким звездам, как Сириус, Вега или Арктур. Блеск Полярной звезды примерно равен 2-й звездной величине, что сравнимо со звездами ковша Большой Медведицы. Таким образом, в большом городе, где ночное небо не черное, а, скорее, рыжее от уличных фонарей, Полярную звезду часто бывает трудно найти!

Откуда же появилось заблуждение, что Полярная звезда — самая яркая? Вероятно, причина кроется в ее общеизвестности и в той важной роли, которую Полярная играет в жизни нашего общества. Но повторимся, известность эту Полярная приобрела вовсе не из-за блеска, а из-за своего особенного положения на небе.

Факт № 2. Полярная звезда находится вблизи северного полюса мира

Наверняка многие замечали, что картина звездного неба меняется в зависимости от времени суток. Созвездия, которые вечером были видны, скажем, на юге, ночью смещаются к западу, а утром и вовсе заходят за горизонт. А другие созвездия, которые вечером восходили на востоке, ночью находятся уже высоко в южной части неба. Звезды, как нам кажется, прикреплены к небесной сфере и вращаются вместе с ней с востока на запад с периодом в сутки. Конечно, на самом деле никакой небесной сферы нет — это обман наших чувств, — а вращение звезд с востока на запад всего лишь отражает вращение Земли с запада на восток!

Суточное движение звезд хорошо заметно на фотографиях с большой выдержкой, сделанных с помощью неподвижно закрепленных фотокамер. Экспозиция этого снимка составила 5 часов. Дуги, которые образовали звезды, равны почти четверти длины окружности. У Полярной звезды — самая маленькая дуга из всех звезд, видимых невооруженным глазом. Фото: Anthony Ayiomamitis

Земля вращается как волчок — вокруг одной оси; точки, где ось вращения Земли пересекается с поверхностью планеты называются Северным и Южным полюсами Земли. Продлив ось вращения Земли в небо, мы получим северный и южный полюса небесной сферы или, как их называют астрономы, полюса мира. Теперь представим, что мы находимся на Северном полюсе. Вокруг льды, тишина и ясное небо… За сутки все звезды описывают в небе окружности, но чем ближе находятся звезды к зениту , тем меньше радиусы описываемых ими окружностей. Оно и понятно, ведь в зените находится северный полюс мира, вокруг которого-то и вращаются все звезды! Поэтому рядом с зенитом звезды почти неподвижны, описывая вокруг него совсем крошечные круги.

Уникальность Полярной звезды в том, что она находится ближе других звезд, видимых невооруженным глазом, к северному полюсу мира , на расстоянии около 1°. Из-за этого она все время находится фактически на одном и том же месте, вне зависимости от времени суток и года. Неподвижность Полярной звезды вот уже полторы тысячи лет делает ее верным ориентиром для мореплавателей, скотоводов и путешественников.

На самом деле Северный полюс мира находится почти в 1° от Полярной звезды. Но суточная окружность, которую описывает вокруг него Полярная, практически незаметна для наших глаз.Рисунок: Rogelio Bernal Andreo/Большая Вселенная

Ясно, что особое положение Полярная звезда имеет только на небе Земли. На небе других планет роль полярной играют другие звезды, так как оси вращения этих планет по-другому наклонены по отношению к плоскостям их орбит. Интересно, что и на нашем небе Полярная звезда не всегда была таковой . Много тысяч лет назад ось вращения Земли была направлена в другую сторону и роль полярной звезды выполняла Вега. Дело в том, что ось вращения Земли находится в постоянном движении, описывая в небе круг за время в 25800 лет. Это явление названо прецессией , что переводится с латинского как предварение равноденствий . Причина прецессии — в небольшой сплюснутости земного шара. Из-за этого Луна и другие тела Солнечной системы силой своего тяготения медленно поворачивают земную ось.

Круг прецессии. Земная ось совершает один оборот за 26 тысяч лет. 2000 лет назад ближе всего к северному полюсу мира была звезда Кохаб (или бета Малой Медведицы), еще через 2000 лет полюс мира подойдет к звезде Эрраи (гамма Цефея). А еще через 12000 лет — к яркой звезде Вега.Рисунок: Большая Вселенная

Куда же движется ось мира сегодня? Пока все еще в сторону Полярной звезды. Не будем забывать, что Полярная звезда находится не точно на небесном полюсе, а на расстоянии около 1° от него. К 2100 году это расстояние сократится вдвое, после чего полюс мира начнет медленно удаляться от звезды, продолжая свое движение в направлении созвездия Цефея.

Факт № 3. Полярная — путеводная звезда

Как же ориентироваться по Полярной звезде? Прежде всего нужно научиться находить ее на небе. Проще всего это сделать, отталкиваясь от ковша Большой Медведицы — самого известного звездного рисунка. Возьмем две крайние звезды в ковше (они называются Дубге и Мерак) и мысленно проведем через них прямую. Полярная звезда находится на пятикратном расстоянии Мерак-Дубге. Цвет звезды желтовато-белый и по блеску она примерно равна этим звездам.

Полярную звезду лучше всего искать, отталкиваясь от края ковша Большой Медведицы. Мысленно продлите линию, соединяющую звезды Мерак и Дубге, вверх. Полярная звезда находится на пятикратном расстоянии от них и равна этим звездам по блеску. Рисунок: Большая Вселенная

Отождествив Полярную звезду, проведем от нее линию, перпендикулярную к горизонту. Место пересечения линии с горизонтом укажет на север, причем сделает это точнее, чем компас ! Найти остальные стороны света уже просто: юг находится в противоположной стороне, восток справа, а запад — слева от Полярной звезды.

Другая интересная и важная характеристика Полярной звезды — ее высота над горизонтом . Мы уже говорили о том, что благодаря близости к полюсу мира Полярная практически неподвижна для данного места. Однако высота звезды над горизонтом может меняться в зависимости от вашего географического местоположения ! Так, находясь на Северном полюсе, мы увидели бы Полярную в зените, а на экваторе (то есть, на «боку» Земли) Полярная звезда была бы практически точно на горизонте. Следовательно, высота Полярной звезды над горизонтом определяет широту нашего местонахождения. Измеряя каждую ночь угол между Полярной звездой и горизонтом в направлении севера, мореплаватели прошлого могли узнать, как далеко они продвинулись к северу или югу.

Факт № 4. Полярная — самая яркая звезда в созвездии Малой Медведицы

Полярная звезда входит в состав небольшого созвездия Малой Медведицы. Это созвездие не очень выразительно; самая главная его часть, астеризм Малый Ковш, состоит из 7 звезд. В отличие от Большого Ковша в состав Малого входит только три более или менее яркие звезды. Поэтому различить его на небе гораздо труднее.

Осенними вечерами ковш Большой Медведицы находится низко над горизонтом в северной части неба. Следуя от него наверх, можно легко найти ковш Малой Медведицы. Ручка Малого Ковша выгнута в другую сторону, нежели ручка Большого. Полярная звезда — крайняя в ручке ковша Малой Медведицы. Рисунок: Stellarium

Три самых ярких звезды Малой Медведицы имеют свои имена — Полярная звезда, а также звезды Кохаб и Феркад. Полярная звезда — крайняя звезда в ручке Малого Ковша. Кохаб и Феркад — крайние звезды в самом Ковше. Эти две звезды часто называют Стражами Полюса.

Как известно, астрономы издавна обозначают самые яркие звезды в созвездиях буквами греческого алфавита. Буквой «альфа» обозначается, как правило, самая яркая звезда созвездия, вторая по яркости — буквой «бета» и так далее, вплоть до буквы «омега» (это правило имеет нередкие исключения). Поэтому Полярная звезда это еще и альфа (α) Малой Медведицы. Немного уступающая ей в блеске звезда Кохаб — β, а звезда Феркад — γ Малой Медведицы.

Факт № 5. Полярная звезда имеет множество имен

Пожалуй, никакая другая звезда не имеет столько имен, сколько имеет Полярная. Почти все множество имен указывает на два главных ее признака: нахождение на полюсе и, как следствие, на ее неподвижность.

Многие народы считали Полярную звезду своеобразным колом, вбитым в небо, вокруг которого кружатся все остальные звезды. Отсюда происходят такие ее названия, как Небесный Кол, Прикол-звезда, Железный кол, Северный гвоздь, — названия, которые мы находим в тюркских и финно-угорских языках.

В Россию имя Полярная пришло из немецкого языка во время правления Петра I. До этого у Полярной звезды было другое имя, имеющее, впрочем, тот же смысл, — Северная . Более поэтично называли Полярную хакасы — Привязанный конь. (И здесь название отсылает нас к неподвижности этой звезды.) А для эвенков Полярная звезда виделась как Дыра в небе .

Названия Полярной, не имеющие отношения к ее местоположению, встречаются редко. Самым известным из таких имен является, пожалуй, имя Киносура , которое происходит от греческого слова Κυνόσουρα — «хвост собаки» . Так называли Полярную звезду древние греки и римляне; но в ту эпоху Полярная еще не выполняла функцию собственно полярной звезды (2000 лет назад ближе к северному полюсу мира была звезда Кохаб или β Малой Медведицы).

Интересно, что на древних картах Полярная звезда действительно отмечает собой хвост, но не собачий, а длинный, не существующий в природе, хвост Медведицы.

Созвездия Большой и Малой Медведиц имеют длинные, не существующие у настоящих медведей, хвосты. Полярная звезда находится на кончике хвоста Малой Медведицы. Фото: J. C. Casado/TWAN

Существует интересная гипотеза происхождения имени Киносура. Именно так, согласно Аллену и другим исследователям звездных имен, называлось в древности все созвездие Малой Медведицы. В одной из версий мифа о рождении Зевса, бога-младенца кормили какое-то время в пещере две медведицы — Гелика (или Гелис) и Киносура, которые позже были вознесены на небо благодарным Зевсом. Гелика стала Большой Медведицей, а Киносура — Малой. Позже это название стало относиться только к Полярной звезде. В связи с этой легендой возникает только один вопрос: откуда у медведицы могло взяться такое странное имя?!

Факт № 6. Полярная — звезда сверхгигант

Теперь давайте посмотрим на физические характеристики Полярной. Уже при наблюдении в бинокль заметен ее желтоватый цвет. Полярная звезда лишь немного горячее Солнца: температура ее поверхности составляет примерно 6000 К. Но на этом сходство с Солнцем и заканчивается.

Как и подавляющее большинство звезд, видимых на небе невооруженным глазом, Полярная звезда гораздо ярче Солнца . Спектральные исследования показали, что звезда принадлежит к классу звезд-сверхгигантов . Ее радиус в 46 раз больше радиуса Солнца, а светимость примерно в 2500 раз превышает солнечную! Мы говорим «примерно», так как точная величина светимости Полярной звезды неизвестна в силу того, что астрономы не очень хорошо знают расстояние до нее. Но об этом ниже.

Положение Полярной звезды на диаграмме Герцшпрунга-Рессела. По оси Χ отмечены спектры (температура) звезд. По оси Υ — светимость в светимостях Солнца. Рисунок: Большая Вселенная

Звезды с такими характеристиками как у Полярной, составляют лишь доли процента среди общего количества звезд во Вселенной, однако именно они лучше видны на небе, поскольку намного ярче большинства других звезд. Почему же звезды-сверхгиганты редки?

Дело в том, что стадия сверхгиганта в жизни звезды весьма кратковременна и наступает лишь после исчерпания ядерного горючего в ее ядре. Звезды вроде Полярной — всегда старые, сильно проэволюционировавшие объекты. Это не значит, что действительный возраст таких звезд велик — так, Полярная звезда не старше 70 миллионов лет, — однако их жизненный цикл, в отличие от Солнца, уже подходит к концу.

Зная физические характеристики Полярной в настоящее время, мы можем предположить, какой звездой она была на протяжении большей части своей жизни. Вероятнее всего Полярная была яркой голубой звездой спектрального класса Β с массой в 5 раз больше массы Солнца и радиусом в 3,5 раза больше солнечного. Температура ее поверхности была выше раза в три и составляла около 18000 К.

Факт № 7. Полярная звезда — самая яркая и одна из самых необычных цефеид на небе

После того, как в ядре звезды практически весь водород преобразован в гелий, светило вступает в фазу нестабильности. Давление излучения в ядре ослабевает, и оно начинает сжиматься, внешние же слои звезды, наоборот, увеличиваются в размерах — звезда становится гигантом или даже сверхгигантом . Кроме того, такое светило начинает пульсировать — испытывать колебания в размерах, температуре и блеске. Полярная звезда также пульсирует , то увеличиваясь, то уменьшаясь в объеме. Вместе с этим немного меняется и ее блеск, правда, совершенно незаметно для глаз. Колебания Полярной очень ритмичны и имеют период 3,97 суток — звезда работает точно, как часы.

Астрономы нашли множество подобных звезд и выделили их в целый класс звезд-цефеид (названных в честь звезды-прототипа δ Цефея). Цефеиды хотя и имеют схожие пульсации, не являются похожими друг на друга, как две капли воды. Они имеют разные массы, размеры, несколько различаются по температуре и, как следствие, имеют разные амплитуды и периоды пульсаций. Однако все цефеиды объединяет интересная зависимость: оказывается, периоды их пульсаций напрямую зависят от их светимости (количества испускаемого ими света): чем больше период, тем больше светимость таких звезд .

Открытие этой зависимости сыграло очень важную роль в астрономии, так как позволило определить расстояние до других галактик. Всего на небе существует около 40 классических цефеид, которые видны невооруженным глазом, и Полярная звезда — самая яркая и близкая из них. В связи с этим на протяжении последнего столетия астрономы очень тщательно исследовали ее переменность. И обнаружили, что звезда весьма «своенравна».

Еще в начале 1970-х годов амплитуда блеска Полярной изменялась в пределах 0,27m . Такое изменение блеска находится на грани обнаружения невооруженным глазом. После этого амплитуда Полярной, и без того небольшая, начала резко уменьшаться. Предполагалось даже, что к началу XXI века звезда вовсе перестанет быть цефеидой. Некоторые астрономы высказывали соображения, что Полярная звезда — первый зафиксированный случай прекращения пульсаций цефеиды из-за ее выхода за пределы полосы нестабильности вследствие эволюции. Однако в районе 1993 года уменьшение амплитуды пульсаций Полярной резко остановилось, и с тех пор составляет 0,032m . При этом яркость звезды увеличилась на 15%.

Амплитуда изменения блеска Полярной звезды (слева — в видимых лучах, справа — в красных) систематически уменьшалась в течение ΧΧ века, особенно в период 1970-1990 гг. Но в 1993 году внезапно остановилась в районе 0,03 зв. вел. Рисунок: D. Turner et al., 2009

Интересно, что в отличие от классических цефеид, внешние и внутренние слои атмосферы Полярной звезды колеблются в противофазе — режиме первого обертона. Некоторым астрономам это дало повод считать, что звезда не прекращает свои пульсации, а наоборот, находится в процессе развития к основному периоду в 5,7 дней, становясь обычной цефеидой с большим колебанием блеска.

Факт № 8. В прошлом Полярная была менее яркой

Итак, блеск Полярной звезды увеличился за последние 100 лет на 15%. Это несомненный факт. А что если копнуть еще глубже в прошлое? Насколько яркой была Полярная 2000 лет лет назад? Выпускник университета Виллановы Скотт Энгл (Scott Engle) решил заново проанализировать данные по блеску Полярной, указанные в каталогах Птолемея (137 г.), Ас-Суфи (964 г.), Улугбека, Тихо Браге и других астрономов. Приведя данные к единой шкале, он получил, что в настоящее время Полярная в 2,5 раза ярче, чем во времена Птолемея! На целую звездную величину!

Возможно ли такое? Если выводы Энгла и его команды верны, то блеск Полярной изменился за прошедшие 2000 лет в 100 раз больше, чем предсказывает современная теория звездной эволюции. Неудивительно, что большинство ученых отнеслись к работе астрономов скептически. Однако Энгл и его команда, ко всему прочему, обнаружили в древних источниках и намеки на вариации в блеске Полярной с периодом в 4 дня, что могло бы говорить о том, что в прошлом амплитуда была гораздо бо́льшей, чем сейчас.

Факт № 9. Полярная — тройная звезда

Мы все привыкли говорить о Полярной как о звезде , хотя на самом деле это система звезд . Не довольствуясь ни статусом «полярной», ни статусом аномальной цефеиды, Полярная ко всему прочему является тройной звездой , то есть имеет две звезды-спутника, связанные с ней силами взаимного притяжения.

Один из спутников виден уже в небольшие любительские телескопы. Это звездочка почти 9 зв. величины, расположенная на расстоянии 18 угловых секунд от Полярной звезды. Впервые ее наблюдал в 1780 году знаменитый астроном XVIII века Уильям Гершель. Полярная B является обычной звездой спектрального класса F3V : она только в 4 раза ярче Солнца и в 1,4 раза массивнее его.

Если у вас есть телескоп, обязательно посмотрите в него на Полярную звезду! Рядом с желтовато-белой Полярной ее тусклый спутник выглядит зеленоватым. На самом деле цвет у звезд не бывает зеленым — так уж устроено зрение человека. В данном случае мы наблюдаем хоть и красивую, но все же оптическую иллюзию, вызванную близостью спутника к Полярной звезде.

Второй компонент системы (обозначаемый как Полярная Ab ) находится гораздо ближе к Полярной звезде, так что до недавнего времени на его присутствие указывали только спектральные наблюдения. Впервые Полярную Ab увидели только в 2006 году при помощи космического телескопа «Хаббл». Угловое расстояние между Полярной A и Полярной Ab оказалось равным всего 0,133″: под таким углом видна рублевая монета с расстояния 30 километров!

Полярная А и Полярная Ab, разделенные на фотографии «Хаббла». Фото: NASA, ESA, N. Evans (Harvard-Smithsonian CfA), H. Bond (STScI)

В действительности расстояние между Полярной А и ее ближайшим спутником составляет по меньшей мере 2 миллиарда километров. Один оборот вокруг общего центра масс они совершают примерно за 30 лет.

Полярная Ab похожа по своим характеристикам на Полярную B . Она относится к спектральному классу F6V , в 1,26 раз массивнее Солнца и в 3 раза ярче нашей звезды.

Полярная звезда представляет собой систему из трех звезд. Полярная А — яркая звезда-сверхгигант внизу рисунка. Звезда Полярная В находится в 18 угловых секундах от нее и видна уже в любительские телескопы, а звезда Полярная Ab находится так близко к Полярной А, что ее смогли увидеть только в 2006 году при помощи космического телескопа «Хаббл». Рисунок: NASA, ESA, G. Bacon (STScI)

Факт № 10. Расстояние до Полярной звезды

Выше мы уже писали о том, что цефеиды играют важнейшую роль в астрономии. Благодаря жесткой зависимости между периодами пульсаций и светимостью, они являются своеобразными маяками Вселенной, позволяя определять расстояния до других галактик .

Работает это следующим образом. Вначале астрономы определяют расстояние до близких и ярких цефеид напрямую, методом тригонометрического параллакса. Также тщательно измеряются светимости звезд (по известному блеску и расстоянию до них) и периоды их пульсаций. Накопив данные по всем цефеидам, для которых известны расстояния, астрономы выводят формулу зависимости периода пульсации таких звезд от их светимости. Эта формула в дальнейшем позволяет узнать расстояние даже для очень далекой цефеиды, параллакс которой измерить невозможно.

Именно так, наблюдая за цефеидами в Туманности Андромеды, американский астроном Эдвин Хаббл в конце 20-х годов прошлого века вначале определил расстояние до нее (и тем самым доказал существование других галактик), а затем построил первую шкалу расстояний во Вселенной. Метод цефеид широко применяется и сегодня. Фактически, все наше знание о масштабах Вселенной, размерах других галактик и расстояниях до них базируется на цефеидах .

Но есть маленькая проблема. Цефеиды, как мы уже писали выше, довольно редкие «звери». Поэтому нет ничего удивительного, что в непосредственной близости от Солнца не оказалось ни одной такой звезды. Ближайшая цефеида — как раз Полярная звезда, но и она далека — расстояние до нее оценивается примерно в 400 световых лет.

На таком расстоянии параллаксы дают большую погрешность. Самый точный на сегодняшний день параллакс Полярной, определенный спутником Гиппаркос (HIPPARCOS), имеет погрешность в 8 световых лет или около 2%. Что же говорить о более далеких цефеидах?!

На фоне этого астроном Дэвид Тернер (David Turner) выпустил статью, в которой показал, что современное расстояние до Полярной звезды… на целых 111 световых лет меньше, чем измерил Гиппаркос! Для своих исследований астроном воспользовался крупнейшим российским телескопом с диаметром зеркала 6 метров (телескоп БТА). Команда Тернера, в состав которой входили и российские астрономы, детально исследовала спектр Полярной и выяснила, что звезда светит гораздо слабее, чем думали астрономы, основываясь на измерениях параллакса. Так что же, выходит спутник HIPPARCOS неверно измерил расстояние до Полярной? А заодно — как знать? — и до других ~120000 звезд, для которых производились измерения?

Голландский астроном Флоор Ван Лейвен (Floor van Leeuwen), «отвечающий» в настоящее время за данные Гиппаркоса, тут же написал ответную статью, в которой доказал, что данные спутника верны, — в отличие от данных Тернера! Диспут тут же вылился на широкие просторы сети Интернет, внимание ему уделили многие СМИ, показывая тем самым, что дебаты носят не только академический, но еще и мировоззренческий характер.

Еще бы, ведь если мы примем новое расстояние до Полярной звезды, то должны будем одновременно признать, что истинный масштаб Вселенной сильно переоценивался. Можно пойти дальше и подвергнуть сомнению тезис о темпах расширения Вселенной, а ведь за открытия в этой области уже дали Нобелевскую премию в 2011 году!

Кто же прав? Астрономы пока не спешат 8гшшшрпнподвергать сомнению данные Гиппаркоса. Но и отбросить просто так аргументы Тернера тоже нельзя. Барбара МакАртур (Barbara McArthur), астроном-исследователь из Техасского университета, планирует собрать новые данные и определить параллакс до звезды-компаньона Полярной, Полярной B, которая находится от Земли практически на том же расстоянии, что и главная звезда. Результаты станут известны через пару лет.

Система Полярной звезды в цифрах

1. Звёздное небо.

Созвездия и звезды.

В какой бы точке земной поверхности мы ни находились, нам всегда кажется, что все небесные тела находятся от нас на одинаковом расстоянии, на внутренней поверхности некоторой сферы, которая в просторечии называется небесным сводом , или просто небом .

Днем небо, если оно не закрыто облаками, имеет голубой цвет, и мы видим на нем самое яркое небесное светило — Солнце. Иногда, одновременно с Солнцем, днем видна Луна и очень редко некоторые другие небесные тела, например, планета Венера.

В безоблачную ночь на темном небе мы видим звезды, Луну, планеты, туманности, иногда кометы и другие тела. Первое впечатление от наблюдения звездного неба — это бесчисленность звезд и беспорядочность расположения их на небе. В действительности звезд, видимых невооруженным глазом, не так много, как кажется, всего лишь около 6 тысяч на всем небе, а на одной половине его, которая видна в данный момент из какой-либо точки земной поверхности, не более 3 тысяч.

Взаимное расположение звезд на небе меняется чрезвычайно медленно. Без точных измерений никаких заметных изменений в расположении звезд на небе нельзя обнаружить в продолжение многих сотен, а для подавляющего числа звезд — и многих тысяч лет. Последнее обстоятельство позволяет легко ориентироваться среди тысяч звезд, несмотря на кажущуюся хаотичность в их расположении.

С целью ориентировки по небу яркие звезды давно уже были объединены в группы, названные созвездиями . Созвездия обозначались названиями животных (Большая Медведица , Лев , Дракон и т.п.), именами героев греческой мифологии (Кассиопея , Андромеда , Персей и т.д.) или просто названиями тех предметов, которые напоминали фигуры, образованные яркими звездами группы (Северная Корона , Треугольник , Стрела , Весы и т.п.).

С XVII в. отдельные звезды в каждом созвездии стали обозначаться буквами греческого алфавита. Порядок букв в созвездии соответствовал условному блеску светил. Условному, так как блеск светил оценивали на глаз. На самом деле далеко не во всех созвездиях звезда α ярче, чем β . Например, в созвездии Ориона , β — Ригель , ярче, чем α — Бетельгейзе . Несколько позже была введена числовая нумерация, употребляемая в настоящее время в основном для слабых звезд. Кроме того, яркие звезды (около 130) получили собственные имена. Например: α Большого Пса называется Сириусом , α Возничего — Капеллой , α Лиры — Вегой , α Ориона , как уже стало известно, Бетельгейзе , β Ориона — Ригелем , β Персея — Алголем и т.д. Эти названия и обозначения звезд применяются и в настоящее время. Однако границы созвездий, намеченные древними астрономами и представлявшие извилистые линии, в 1922 г. были изменены, некоторые большие созвездия были разделены на несколько самостоятельных созвездий, а под созвездиями стали понимать не группы ярких звезд, а участки звездного неба . Теперь все небо условно разделено на 88 отдельных участков — созвездий.

Двадцать самых ярких звезд.

* Как уже говорилось, в эпоху зарождения астрономии, блеск светил оценивали на глаз. Подробнее об этом понятии будет рассказано в дальнейшем.

Видимые движения звезд, Солнца, Луны и планет.

Если в ясную ночь пронаблюдать звездное небо в течение нескольких часов, то легко заметить, что небесный свод, как одно целое, со всеми находящимися на нем светилами плавно вращается около некоторой воображаемой оси, проходящей через место наблюдения. Это вращение небесного свода и светил называется суточным движением , так как одно полное обращение совершается за сутки. Вследствие суточного вращения звезды и другие небесные тела непрерывно меняют свое положение относительно сторон горизонта.

Если наблюдать суточное движение звезд в северном полушарии Земли (но не близко к ее полюсу) и при этом стоять лицом к южной стороне горизонта, то их вращение происходит слева направо, т.е. "по часовой стрелке". На восточной стороне горизонта (если наблюдать не на полюсе Земли) звезды восходят, поднимаются выше всего над южной стороной горизонта и заходят на западной стороне. При этом каждая звезда всегда восходит в одной и той же точке восточной стороны горизонта и заходит всегда в одной и той же точке западной стороны. Максимальная высота над горизонтом для каждой данной звезды и для данного места наблюдения также всегда постоянна.

Если же стать лицом к северной стороне горизонта, то наблюдения покажут, что одни звезды будут также восходить и заходить, а другие — описывать полные круги над горизонтом, вращаясь вокруг общей неподвижной точки. Эта точка называется северным полюсом мира .

Приблизительное положение северного полюса мира на небе можно найти по положению самой яркой звезды в созвездии Малой Медведицы. Эта звезда на звездных картах обозначается буквой ст и за свою близость к северному полюсу мира называется Полярной звездой (общепринятое название — Киносура ). Расстояние Полярной звезды от северного полюса мира в настоящее время меньше 1º.

Солнце и Луна, так же как и звезды, восходят на восточной стороне горизонта, выше всего поднимаются над южной и заходят на западной стороне. Но, наблюдая восход и заход этих светил, можно заметить, что в разные дни года они восходят, в отличие от звезд, в разных точках восточной стороны горизонта и заходят также в разных точках западной стороны.

Так, Солнце в начале зимы восходит на юго-востоке, а заходит на юго-западе. Но с каждым днем точки его восхода и захода передвигаются к северной стороне горизонта. При этом с каждым днем Солнце в полдень поднимается над горизонтом все выше и выше, день становится длиннее, ночь — короче.

В начале лета, достигнув некоторого предела на северо-востоке и на северо-западе, точки восхода и захода Солнца начинают перемещаться в обратном направлении, от северной стороны горизонта к южной. При этом полуденная высота Солнца и продолжительность дня начинают уменьшаться, а продолжительность ночи — увеличиваться. Достигнув некоторого предела в начале зимы, точки восхода и захода Солнца снова начинают передвигаться к северной стороне неба и все описанные явления повторяются.

Из элементарных и не очень продолжительных наблюдений легко заметить, что Луна не остается все время в одном и том же созвездии, а переходит из одного созвездия в другое, передвигаясь с запада на восток примерно на 13º в сутки. Перемещаясь по 12 созвездиям, Луна обходит полный круг по небу за 27,32 суток.

Более тщательные и более продолжительные наблюдения показывают, что и Солнце, подобно Луне, перемещается по небу с запада на восток, проходя по тем же 12 созвездиям. Только скорость его перемещения значительно меньше, около 1º в сутки, и весь путь Солнце проходит за год.

12 из 13 cозвездий, по которым проходит Солнце в течении года, называются зодиакальными (от греческого слова "зоон" — животное). Названия их таковы: Рыбы , Овен , Телец , Близнецы , Рак , Лев , Дева , Весы , Скорпион , Стрелец , Козерог и Водолей . Первые три созвездия Солнце проходит в весенние месяцы, следующие три — в летние, еще три следующих — в осенние и, наконец, последние три — в зимние месяцы. Те созвездия, в которых в данное время находится Солнце, недоступны наблюдениям и становятся хорошо видны лишь приблизительно через полгода.

Чтобы легко запомнить названия созвездий и их соответствующие месяцы в году, предлагаю хорошо испытанный мнемонический способ: выучить наизусть неочень художественное, но зато и неочень сложное стихотворение.

Встрепенулись в Марте "Рыбы" ,

Встал в Апреле "Овен" сам.

В Мае мы к "Тельцу" зашли бы,

А в Июне — к "Близнецам" .

Погостил Июль у "Рака" ,

Солнце в Августе у "Льва" .

В Сентябре у Девы — злаки,

В Октябре — на "Вес" трава,

"Скорпион" в Ноябрь вползает,

В Декабре — "Стрелец" во мгле,

В "Козий Рог" Январь сгибает,

Стынут "Воды" в Феврале .

Стихи нуждаются в некоторых пояснениях. Овен — это баран. Созвездие Девы изображается на старинных картах в виде молодой женщины, держащей в руках хлебный сноп, а созвездие Весов воплощено в стихотворении в весьма реальном образе: в октябре у нас свежей травы уже нет, ее приходися доставать буквально на вес, т.е. взвешивать, учитывать каждый килограмм. Если по каким-либо причинам это стихотворение вам не понравилось, можете придумать свой спооб запоминания зодиакальных созвездий.

Еще в глубокой древности среди звезд зодиакальных созвездий было замечено пять небесных светил, внешне очень похожих на звезды, но отличающихся от последних тем, что они не сохраняют одного и того же положения в созвездиях, а "блуждаю" по ним подобно Солнцу и Луне. Эти тела были названы планетами , что значит "блуждающие светила" . Древние римляне дали планетам имена своих богов: Меркурий , Венера , Марс , Юпитер и Сатурн . В XVIII-XX вв. были открыты еще три планеты: Уран (в 1781 г.), Нептун (в 1846 г.) и Плутон (в 1930 г.).

Современные наблюдения изменили наше понимание Солнечной системы, что сказалось на номенклатуре ее объектов, отражающих это понимание. В частности это относится к определению понятия "планета". Последние открытия заставляют нас создать новое определение этого понятия, которое находится в согласии с имеющейся научной информацией. Это связано с тем, что за Нептуном обнаружили более 40 объектов, которые можно было бы причислить к планетам (см рисунок). (Здесь мы не будем касаться верхней границы масс, разделяющей "планеты" и "звезды".)

МАС предлагает принять решение, что планеты и другие тела Солнечной системы будут определяться следующим образом: Планеты — небесные тела, которые

1. имеют достаточную массу для того, чтобы их самогравитация превзошла твердотельные силы, т.о. они находятся в гидростатическом равновесии и имеют близкую к шару форму (массой выше 5x10 20 кг и диаметром больше 800 км.);

2. обращаются вокруг звезд и при этом не являются ни звездами, ни спутниками планет;

3. рядом с ее орбитой нет тел сравнимых размеров.

Два или более объектов могут составлять кратную систему. Первичный (более массивный) объект такой системы является планетой, если он независимо (в одиночку) удовлетворяет приведенному выше определению. Вторичный объект, удовлетворяющий определению определяется как планета, если барицентр кратной системы находится вне первичного тела. Вторичные объекты, не удовлетворяющие приведенным условиям, являются "спутниками" (планет). Согласно этому определению компаньон Плутона Харон также является планетой, а система Плутон - Харон — двойной планетой. Таким образом,

Планеты перемещаются по зодиакальным созвездиям созвездиям большую часть времени с запада на восток, но часть — и с востока на запад. Первое движение, т.е. такое же, как у Солнца и Луны, называется прямым , второе, с востока на запад — попятным движением

Планеты по своим видимым движениям делятся на дне группы: нижние (Меркурий , Венера ) и верхние (все остальные, кроме Земли ).

Движения по созвездиям нижних и верхних планет различны. Меркурий и Венера всегда находятся на небе либо в том же созвездии, где и Солнце, либо в соседнем. При этом они могут находиться и к востоку и к западу от Солнца, но не дальше 18-28° (Меркурий) и 45-48° (Венера). Наибольшее угловое удаление планеты от Солнца к востоку называется ее наибольшей восточной элонгацией , к западу — наибольшей западной элонгацией . При восточной элонгации планета видна на западе, в лучах вечерней зари, вскоре после захода Солнца, и заходит через некоторое время после него.

Затем, двигаясь попятным движением (т.е. с востока к западу), сначала медленно, а потом быстрее, планета начинает приближаться к Солнцу, скрывается в его лучах и перестает быть видимой. В это время наступает нижнее соединение планеты с Солнцем; планета проходит между Землей и Солнцем. Эклиптические долготы Солнца и планеты равны. Спустя некоторое время после нижнего соединения планета становится снова видимой, но теперь уже на востоке, в лучах утренней зари, незадолго перед восходом Солнца. В это время она продолжает двигаться попятным движением, постепенно удаляясь от Солнца. Замедлив скорость попятного движения и достигнув наибольшей западной элонгации, планета останавливается и меняет направление своего движения на прямое. Теперь она движется с запада на восток, сначала медленно, затем быстрее. Удаление ее от Солнца уменьшается, и, наконец, она скрывается в утренних лучах Солнца. В это время планета проходит за Солнцем, эклиптические долготы обоих светил снова равны — наступает верхнее соединение планеты с Солнцем, после которого спустя некоторое время она снова видна на западе в лучах вечерней зари. Продолжая двигаться прямым движением, она постепенно замедляет свою скорость.

Достигнув предельного восточного удаления, планета останавливается, меняет направление своего движения на попятное, и все повторяется сначала. Таким образом, нижние планеты совершают как бы “колебания” около Солнца, как маятник около своего среднего положения.

Видимые движения верхних планет происходят иначе. Когда верхняя планета видна после захода Солнца на западном небосклоне, она перемещается среди звезд прямым движением, т.е. с запада на восток, как и Солнце. Но скорость ее движения меньше, чем у Солнца, которое постепенно нагоняет планету, и. она на некоторое время перестает быть видимой, так как восходит и заходит почти одновременно с Солнцем. Затем, когда Солнце обгонит планету, она становится видимой на востоке, перед восходом Солнца. Скорость ее прямого движения постепенно уменьшается, планета останавливается и затем начинает перемещаться среди звезд попятным движением, с востока на запад. Через некоторое время планета снова останавливается, меняет направление своего движения на прямое, снова ее с запада нагоняет Солнце и она опять перестает быть видимой — и все явления повторяются в том же порядке.

Видимое движение Марса.

В середине дуги своего попятного движения планета находится в созвездии, противоположном тому, в котором в это время находится Солнце. Разность эклиптических долгот планеты и Солнца равна 180°. Такое положение планеты называется противостоянием с Солнцем. В середине дуги прямого движения планеты, когда Солнце и планета находятся в одном и том же созвездии, их эклиптические долготы равны. Это положение называется соединением планеты с Солнцем.

Расположение планеты от Солнца на 90° к востоку называется восточной квадратурой , а на 90° к западу — западной квадратурой . Средние значения дуг попятных движений у планет таковы: Меркурий — около 12°, Венера — около 16°, Марс — 15°, Юпитер — 10°, Сатурн — 7°, Уран — 4°, Нептун — 3°, Плутон — 2°.

Положения планет относительно Солнца, описанные выше, называются конфигурациями планет.

T — Земля;

C — Солнце;

V 1 — нижнее соединение;

V 2 — западная элонгация;

V 3 — верхнее соединение;

V 4 — восточная элонгация;

M 1 — противостояние;

M 2 — западная квадратура;

M 3 — соединение;

M 4 — восточная квадратура.

Объяснение видимых движений планет. Преобразование Галилея.

Пусть — радиус-вектор материальной точки в декартовой системе координат K , а — радиус-вектор материальной точки в декартовой системе координат K" . Пусть система K" двигается относительно K с скоростью .

Тогда . Итого . Разделим получившееся равенство на Δt при условии что оно стремится к нулю. Получаем . Проделав такую процедуру еще раз, получим преобразование ускорений. Формулы преобразования Галилея:

Теперь, если перейти из неподвижной (условно) системы отсчета (например, Солнца), в систему, связанную с Землей, пользуясь преобразованием Галилея, несложно показать, откуда появляется попятное движение как нижних, так и верхних планет.

Ориентирование по звездному небу.

Каким образом можно ориентироваться по звездному небу? Там такое огромное количество звезд, и подавляющее боольшинство названий созвездий никак не соответствуют, даже приближенно, своему изображению на звездном небе...

Описать какой-либо алгоритм нахождения каждого созвездия является хоть и, быть может, выполнимой задачей, но явно не имеющей большого смысла. Вспомним, ведь созвездий 88, и описывать алгоритм нахождения для каждого из них представляется достаточно трудоемкой задачей. Поэтому я решил сформулировать лишь несколько базовых принципов, которые помогут при поиске какого-либо из созвездий, основываясь на собственном опыте. Вспомним самое известное из созвездий — Большую Медведицу . Наверное все знают, что на небе оно имеет форму "ковша". Каким образом мы находим этот "ковш" на небосводе? Правильно, по наличию ярких звезд, составляющих созвездие. А как мы определяем, что это именно Большая Медведица , а не что-либо другое? Опять правильно! Потому что мы знаем, какой схематический узор имеет данное созвездие (все тот же "ковш"). Исходя из указанного выше я могу сформулировать основные принципы ориентирования на звездном небе. Первоначально необходимо запомнить названия самых ярких звезд и созвездий, в которых они присуствуют. Затем нужно зрительно запомнить узор созвездия, который образуется яркими звездами, иногда будет полезным сопоставить какую-нибудь свою ассоциацию с увиденным узором. Так, например, выделяют "ковш" Большой Медведицы , "трапецию" Льва , "квадрат" Пегаса , "сноп" Ориона , "крест" Лебедя и т.д. Как только вы запомните характерный узор, вам не составит труда обнаружить его на небосводе. Существует много способов так называемых переходов от одного созвездия к другому. Очень часто такие переходы основываются на созвездии Большой Медведицы , состоящей преимущественно из ярких звезд. Более подробно об ориентировании по звездному небу и о переходах от созвездия к созвездию можно прочитать в книге Б. А. Максимачева, В. Н. Комарова "В звездных лабиринтах "

О математических основах описания положения созвездий и звезд на небосводе и их видимом движении, бедет рассказано в следующем разделе.

Общие сведения об объектах Солнечной системы.

Вокруг Солнца движется множество тел, весьма различных но своим характеристикам. Кроме планет, в состав Солнечной системы входят их спутники, астероиды (малые планеты), кометы, метеорные потоки, метеорные тела, межпланетный газ.

Спутник Земли Луна — наиболее заметный небесный объект после Солнца. Галилей обнаружил, что вокруг Юпитера также движутся спутники. Впоследствии спутники были открыты у Сатурна, Марса, Урана и Нептуна. Поиски и открытия спутников продолжаются до самого последнего времени. Открытие новых астероидов и комет происходит почти каждый год.

Планеты Меркурий, Венера, Земля и Марс по своим физическим характеристикам заметно отличаются от Юпитера, Сатурна, Урана и Нептуна. Меркурий, Венера, Марс и Земля объединяются в одну группу планет типа Земли. Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун в другую — группу планет типа Юпитера или планет-гигантов. Наши представления о планетах-гигантах гораздо менее определенны, так как мы не можем пользоваться аналогией с Землей при анализе наблюдений. На дисках Марса, Юпитера и Сатурна заметно множество интересных деталей. Одни из них принадлежат поверхности планет, другие - их атмосфере (облачные образования). В прошлом наблюдениям этих деталей придавалось большое значение, так как они давали единственный способ хотя бы что-то узнать о природе планет. Однако атмосферное дрожание не позволяет при наблюдениях с Земли безгранично улучшать качество изображения даже при использовании самых мощных телескопов. Предел был достигнут уже в начале нашего столетия, и сейчас наблюдения деталей на дисках планет ведутся только для регистрации их изменений. Чтобы обнаружить новые детали, более тонкие, чем удавалось раньше, планеты фотографируются с помощью фототелевизионных камер, установленных на борту космических аппаратов. На таких изображениях видны детали в десятки и сотни раз меньшие, чем можно различить с Земли. Большую роль в изучении поверхности и атмосферы планет играют астрофизические методы — спектроскопия и фотометрия в различных диапазонах, включая ультрафиолетовую и инфракрасную области, а также радиоастрономия. При этом измерения проводятся как с помощью наземных телескопов, так и приборов, установленных на борту пролетных и орбитальных автоматических межпланетных станций. В последнем случае имеется возможность изучать планеты гораздо более детально. Спускаемые аппараты позволяют проводить прямые исследования физико-химических свойств атмосферы и поверхности. На Луне выполнялись исследования с помощью сложных подвижных автоматов ("Луноходы") и непосредственно астронавтами, доставлявшимися на ее поверхность. В результате полетов советских и американских АМС к планетам Солнечной системы и к Луне наши знания о них в течение последних десяти лет существенно расширились. В особенности это касается Венеры и Марса, исследования которых с помощью космических аппаратов проводились многократно и имеют характер последовательно развивающейся длительной программы.

Файзуллин Марат

Темой моей исследовательской работы является «Расположение звезд на небе». Эта тема мне интересна. Эти знания мне пригодятся в старших классах. Благодаря этим знаниям я смогу определять созвездия, ориентироваться по звездам, например, когда буду находится в незнакомом месте. Эти знания нужны не только мне, как ученику, но и людям других профессий, например, морякам, космонавтам, рыбакам и всем остальным людям, чтобы уметь правильно ориентироваться на местности. Поэтому тема моей исследовательской работы актуальна.

Скачать:

Предварительный просмотр:

Исследовательская работа

Тема: «Расположение звезд на небе»

Работу выполнил:

Файзуллин Марат

Ученик 3 д класса

МОУ гимназии №8

Научный руководитель:

Пономарёва О.Л.

Можга, 2010г.

Введение

Темой моей исследовательской работы является «Расположение звезд на небе». Эта тема мне интересна. Эти знания мне пригодятся в старших классах. Благодаря этим знаниям я смогу определять созвездия, ориентироваться по звездам, например, когда буду находится в незнакомом месте. Эти знания нужны не только мне, как ученику, но и людям других профессий, например, морякам, космонавтам, рыбакам и всем остальным людям, чтобы уметь правильно ориентироваться на местности. Поэтому тема моей исследовательской работы актуальна.

Целью данной работы является

Данная цель требует решения следующих задач:

Человечество с древности интересовало ночное небо. Положение звёзд над горизонтом отображало смену времён года, что было важно для сельского хозяйства. Наиболее полные сведения об астрономии древности дошли до нас со времён Древней Греции. Но доподлинно известно, что многие из этих сведений опирались на более ранние источники из Китая, Индии, Вавилона и Египта.

Звезды – это раскаленные, самосветящиеся газовые шары. Звезды - наиболее распространенные объекты во Вселенной. Более 98% массы космического вещества сосредоточено в этих газовых шарах; остальная часть его рассеяна в межзвездном пространстве.

Звёзды видел каждый из нас. Для этого надо просто выйти ночью на улице. Первое впечатление от наблюдения звездного неба – это бесчисленность звезд и беспорядочность расположения их на небе. В действительности звезд не так много, как кажется, всего лишь около 6 тысяч на всем небе.

С целью ориентировки по небу яркие звезды давно уже были объединены в группы, названные созвездиями . Созвездия обозначались названиями животных (Большая Медведица, Лев, Дракон и т.п.), именами героев греческой мифологии (Кассиопея, Андромеда, Персей и т.д.) или просто названиями тех предметов, которые напоминали фигуры, образованные яркими звездами группы (Северная Корона, Треугольник, Стрела, Весы и т.п.).

Двенадцать созвездий образуют зодиак – пояс зверей, по ним проходит «видимый» путь Солнца в течение года (Рак, Лев, Дева, Весы, Скорпион, Стрелец, Козерог, Водолей, Рыба, Овен, Телец, Близнецы). Первые три созвездия Солнце проходит в весенние месяцы, следующие три – в летние, еще три следующих – в осенние и, наконец, последние три – в зимние месяцы. Те созвездия, в которых в данное время находится Солнце, недоступны наблюдениям и становятся хорошо видны лишь через полгода.

Характеристики знаков зодиака

Ориентация по звездам

До изобретения компаса звезды были основными ориентирами: именно по ним древние мореходы и путешественники находили нужное направление .

Весной небо темное: на нем не видно ярких звезд и не видно Млечного Пути. На севере весит перевернутый ковш Большой Медведицы. Ручка ковша указывает на оранжевый Арктур -ярчайшую звезду северного неба.

Для того, чтоб лучше ориентироваться на местности, необходимо знать, одинакового ли цвета звезды?

Оказывается, звезды имеют разный блеск и цвет: белый, желтый, красный. Чем краснее звезда, тем она холоднее.
Чем больше звезда, тем короче ее жизнь. Наше солнце невелико в сравнении с другими звездами. Солнце живет около 10 млрд лет, а звезды – великаны живут всего несколько миллионов лет. Если присмотреться к звездам внимательней, то станет заметно их цветовые различия. Окраска звезды зависит от ее температуры. Голубые звезды самые горячие, красные звезды холоднее.

Таким образом, температура звезды влияет на ее окраску.

Заключение

Целью данной работы являлось изучение расположения звезд на небе.

Данная цель требовала решения следующих задач:

1. Исследование расположения звезд и созвездий.
2. Исследование происхождения названий созвездий.
3. Влияние расположения звезд на смену времен года
4. Влияние расположения звезд на ориентировку на местности.

Изучая литературу по данной теме, можно сделать вывод о том, что расположение звезд и созвездий на небе зависит от времени года. Зная расположение звезд на небе, мы сможем ориентироваться в пространстве.

Евгений золотавкин.

(Астрономия@Science_Newworld).

Полярная звезда, вероятно, самая известная звезда на небе. Что о ней известно астрономам сегодня? Мы решили отобрать 10 фактов о полярной, часть из которых, возможно, хорошо известна любителям астрономии, а часть, быть может, станет открытием.

Кто из нас не слышал о полярной звезде? Еще Шекспир в "Юлии Цезаре" устами главного героя говорил:

Но неизменен я, как неизменна.
Полярная звезда: она недвижна -.

И в целом небе нет подобной ей.
На небе много звезд; их всех не счесть, и все они блестят и все мерцают, но лишь одна не изменяет места.
В отличие от других звезд, которые в разное время суток видны то на Востоке, то на юге, то на Западе, восходят над горизонтом и заходят за горизонт, подобно солнцу и луне, полярная звезда почти не меняет своего положения на небе, и зимой, и летом, указывая направление на север, к полюсу земли.

Именно из-за своего положения на небе полярная звезда и приобрела такую популярность. Между тем, простому человеку, не специалисту - астроному, о самой звезде известно немного, часто - вообще ничего. Попробуем восполнить пробелы в знаниях, указав на некоторые интересные факты, а заодно развенчав кое-какие мифы о полярной звезде.

Факт номер 1. полярная звезда не самая яркая звезда на небе.
Утверждение, что полярная звезда является очень яркой звездой, представляет собой одно из самых распространенных астрономических заблуждений. Многие люди, не слишком знакомые со звездным небом, полагают, что полярная звезда очень яркая, если не ярчайшая звезда на нем.

Это не так! В списке самых ярких звезд неба полярная находится только на 46 месте, намного уступая в блеске таким звездам, как Сириус, Вега или Арктур. Блеск полярной звезды примерно равен 2-й звездной величине, что сравнимо со звездами ковша большой медведицы. Таким образом, в большом городе, где ночное небо не черное, а, скорее, рыжее от уличных фонарей, полярную звезду часто бывает трудно найти!

Откуда же появилось заблуждение, что полярная звезда - самая яркая? Вероятно, причина кроется в ее общеизвестности и в той важной роли, которую полярная играет в жизни нашего общества. Но повторимся, известность эту полярная приобрела вовсе не из-за блеска, а из-за своего особенного положения на небе.

Факт номер 2. полярная звезда находится вблизи северного полюса мира.
Наверняка многие замечали, что картина звездного неба меняется в зависимости от времени суток. Созвездия, которые вечером были видны, скажем, на юге, ночью смещаются к Западу, а утром и вовсе заходят за горизонт. А другие созвездия, которые вечером восходили на Востоке, ночью находятся уже высоко в южной части неба. Звезды, как нам кажется, прикреплены к небесной сфере и вращаются вместе с ней с Востока на Запад с периодом в сутки. Конечно, на самом деле никакой небесной сферы нет - это обман наших чувств, - а вращение звезд с Востока на Запад всего лишь отражает вращение земли с Запада на Восток!

Земля вращается как волчок - вокруг одной оси; точки, где ось вращения земли пересекается с поверхностью планеты называются северным и южным полюсами земли. Продлив ось вращения земли в небо, мы получим северный и южный полюса небесной сферы или, как их называют астрономы, полюса мира. Теперь представим, что мы находимся на северном полюсе. Вокруг льды, тишина и ясное небо … за сутки все звезды описывают в небе окружности, но чем ближе находятся звезды к зениту, тем меньше радиусы описываемых ими окружностей. Оно и понятно, ведь в зените находится северный полюс мира, вокруг которого-то и вращаются все звезды! Поэтому рядом с зенитом звезды почти неподвижны, описывая вокруг него совсем крошечные круги.

Уникальность полярной звезды в том, что она находится ближе других звезд, видимых невооруженным глазом, к северному полюсу мира, на расстоянии около 1\xB0. Из-за этого она все время находится фактически на одном и том же месте, вне зависимости от времени суток и года. Неподвижность полярной звезды вот уже полторы тысячи лет делает ее верным ориентиром для мореплавателей, скотоводов и путешественников.

На самом деле северный полюс мира находится почти в 1\xB0 от полярной звезды. Но суточная окружность, которую описывает вокруг него полярная, практически незаметна для наших глаз. Рисунок: Rogelio Bernal Andreo/большая вселенная.

Ясно, что особое положение полярная звезда имеет только на небе земли. На небе других планет роль полярной играют другие звезды, так как оси вращения этих планет по-другому наклонены по отношению к плоскостям их орбит. Интересно, что и на нашем небе полярная звезда не всегда была таковой. Много тысяч лет назад ось вращения земли была направлена в другую сторону и роль полярной звезды выполняла Вега. Дело в том, что ось вращения земли находится в постоянном движении, описывая в небе круг за время в 25800 лет. Это явление названо прецессией, что переводится с латинского как предварение равноденствий. Причина прецессии - в небольшой сплюснутости земного шара. Из-за этого луна и другие тела солнечной системы силой своего тяготения медленно поворачивают земную ось.

Куда же движется ось мира сегодня? Пока все еще в сторону полярной звезды. Не будем забывать, что полярная звезда находится не точно на небесном полюсе, а на расстоянии около 1\xB0 от него. К 2100 году это расстояние сократится вдвое, после чего полюс мира начнет медленно удаляться от звезды, продолжая свое движение в направлении созвездия цефея.

Факт номер 3. полярная - путеводная звезда.
Как же ориентироваться по полярной звезде? Прежде всего нужно научиться находить ее на небе. Проще всего это сделать, отталкиваясь от ковша большой медведицы - самого известного звездного рисунка. Возьмем две крайние звезды в ковше (они называются дубге и мерак) и мысленно проведем через них прямую. Полярная звезда находится на пятикратном расстоянии мерак - дубге. Цвет звезды желтовато - белый и по блеску она примерно равна этим звездам.

Отождествив полярную звезду, проведем от нее линию, перпендикулярную к горизонту. Место пересечения линии с горизонтом укажет на север, причем сделает это точнее, чем компас! Найти остальные стороны света уже просто: юг находится в противоположной стороне, Восток справа, а Запад - слева от полярной звезды.

Другая интересная и важная характеристика полярной звезды - ее высота над горизонтом. Мы уже говорили о том, что благодаря близости к полюсу мира полярная практически неподвижна для данного места. Однако высота звезды над горизонтом может меняться в зависимости от вашего географического местоположения! Так, находясь на северном полюсе, мы увидели бы полярную в зените, а на экваторе (то есть, на "Боку" земли) полярная звезда была бы практически точно на горизонте. Следовательно, высота полярной звезды над горизонтом определяет широту нашего местонахождения. Измеряя каждую ночь угол между полярной звездой и горизонтом в направлении севера, мореплаватели прошлого могли узнать, как далеко они продвинулись к северу или югу.

Факт номер 4. полярная - самая яркая звезда в созвездии малой медведицы.
Полярная звезда в состав небольшого созвездия малой медведицы входит. Это созвездие не очень выразительно; самая главная его часть, астеризм малый ковш, состоит из 7 звезд. В отличие от большого ковша в состав малого входит только три более или менее яркие звезды. Поэтому различить его на небе гораздо труднее.

Три самых ярких звезды малой медведицы имеют свои имена - полярная звезда, а также звезды кохаб и феркад. Полярная звезда - крайняя звезда в ручке малого ковша. Кохаб и феркад - крайние звезды в самом ковше. Эти две звезды часто называют стражами полюса.

Как известно, астрономы издавна обозначают самые яркие звезды в созвездиях буквами греческого алфавита. Буквой "Альфа" обозначается, как правило, самая яркая звезда созвездия, вторая по яркости - буквой "бета" и так далее, вплоть до буквы "омега" (это правило имеет нередкие исключения. Поэтому полярная звезда это еще и альфа) малой медведицы. Немного уступающая ей в блеске звезда кохаб -? , А звезда феркад -? Малой медведицы.

Факт номер 5. полярная звезда имеет множество имен.
Пожалуй, никакая другая звезда не имеет столько имен, сколько имеет полярная. Почти все множество имен указывает на два главных ее признака: нахождение на полюсе и, как следствие, на ее неподвижность.

Многие народы считали полярную звезду своеобразным колом, вбитым в небо, вокруг которого кружатся все остальные звезды. Отсюда происходят такие ее названия, как небесный кол, прикол - звезда, железный кол, северный гвоздь, - названия, которые мы находим в тюркских и финно-угорских языках.

В Россию имя полярная пришло из немецкого языка во время правления Петра I. до этого у полярной звезды было другое имя, имеющее, впрочем, тот же смысл, - северная. Более поэтично называли полярную хакасы - привязанный конь. (И здесь название отсылает нас к неподвижности этой звезды.) А для эвенков полярная звезда виделась как дыра в небе.

Названия полярной, не имеющие отношения к ее местоположению, встречаются редко. Самым известным из таких имен является, пожалуй, имя киносура, которое происходит от греческого слова? - "Хвост Собаки". Так называли полярную звезду древние греки и римляне; но в ту эпоху полярная еще не выполняла функцию собственно полярной звезды (2000 лет назад ближе к северному полюсу мира была звезда кохаб или? Малой медведицы.

Интересно, что на древних картах полярная звезда действительно отмечает собой хвост, но не собачий, а длинный, не существующий в природе, хвост медведицы.

Интересная гипотеза происхождения имени киносура существует. Именно так, согласно Аллену и другим исследователям звездных имен, называлось в древности все созвездие малой медведицы. В одной из версий мифа о рождении зевса, бога - младенца кормили какое-то время в пещере две медведицы - гелика (или Гелис) и киносура, которые позже были вознесены на небо благодарным зевсом. Гелика стала большой медведицей, а киносура - малой. Позже это название стало относиться только к полярной звезде. В связи с этой легендой возникает только один вопрос: откуда у медведицы могло взяться такое странное имя!

Факт номер 6. полярная - звезда сверхгигант.
Теперь давайте посмотрим на физические характеристики полярной. Уже при наблюдении в бинокль заметен ее желтоватый цвет. Полярная звезда лишь немного горячее солнца: температура ее поверхности составляет примерно 6000 к. но на этом сходство с солнцем и заканчивается.

Как и подавляющее большинство звезд, видимых на небе невооруженным глазом, полярная звезда гораздо ярче солнца. Спектральные исследования показали, что звезда принадлежит к классу звезд - сверхгигантов. Ее радиус в 46 раз больше радиуса солнца, а светимость примерно в 2500 раз превышает солнечную! Мы говорим "Примерно", так как точная величина светимости полярной звезды неизвестна в силу того, что астрономы не очень хорошо знают расстояние до нее. Но об этом ниже.

Звезды с такими характеристиками как у полярной, составляют лишь доли процента среди общего количества звезд во вселенной, однако именно они лучше видны на небе, поскольку намного ярче большинства других звезд. Почему же звезды - сверхгиганты редки?

Дело в том, что стадия сверхгиганта в жизни звезды весьма кратковременна и наступает лишь после исчерпания ядерного горючего в ее ядре. Звезды вроде полярной - всегда старые, сильно проэволюционировавшие объекты. Это не значит, что действительный возраст таких звезд велик - так, полярная звезда не старше 70 миллионов лет, - однако их жизненный цикл, в отличие от солнца, уже подходит к концу.

Зная физические характеристики полярной в настоящее время, мы можем предположить, какой звездой она была на протяжении большей части своей жизни. Вероятнее всего полярная была яркой голубой звездой спектрального класса? С массой в 5 раз больше массы солнца и радиусом в 3, 5 раза больше солнечного. Температура ее поверхности была выше раза в три и составляла около 18000 к.

Факт номер 7. полярная звезда - самая яркая и одна из самых необычных цефеид на небе.
После того, как в ядре звезды практически весь водород преобразован в гелий, светило вступает в фазу нестабильности. Давление излучения в ядре ослабевает, и оно начинает сжиматься, внешние же слои звезды, наоборот, увеличиваются в размерах - звезда становится гигантом или даже сверхгигантом. Кроме того, такое светило начинает пульсировать - испытывать колебания в размерах, температуре и блеске. Полярная звезда также пульсирует, то увеличиваясь, то уменьшаясь в объеме. Вместе с этим немного меняется и ее блеск, правда, совершенно незаметно для глаз. Колебания полярной очень ритмичны и имеют период 3, 97 суток - звезда работает точно, как часы.

Астрономы нашли множество подобных звезд и выделили их в целый класс звезд - цефеид (названных в честь звезды - прототипа? Цефея. Цефеиды хотя и имеют схожие пульсации, не являются похожими друг на друга, как две капли воды. Они имеют разные массы, размеры, несколько различаются по температуре и, как следствие, имеют разные амплитуды и периоды пульсаций. Однако все цефеиды объединяет интересная зависимость: оказывается, периоды их пульсаций напрямую зависят от их светимости (количества испускаемого ими света: чем больше период, тем больше светимость таких звезд.

Открытие этой зависимости сыграло очень важную роль в астрономии, так как позволило определить расстояние до других галактик. Всего на небе существует около 40 классических цефеид, которые видны невооруженным глазом, и полярная звезда - самая яркая и близкая из них. В связи с этим на протяжении последнего столетия астрономы очень тщательно исследовали ее переменность. И обнаружили, что звезда весьма "Своенравна".

Еще в начале 1970-х годов амплитуда блеска полярной изменялась в пределах 0, 27m. Такое изменение блеска находится на грани обнаружения невооруженным глазом. После этого амплитуда полярной, и без того небольшая, начала резко уменьшаться. Предполагалось даже, что к началу XXI века звезда вовсе перестанет быть цефеидой. Некоторые астрономы высказывали соображения, что полярная звезда - первый зафиксированный случай прекращения пульсаций цефеиды из-за ее выхода за пределы полосы нестабильности вследствие эволюции. Однако в районе 1993 года уменьшение амплитуды пульсаций полярной резко остановилось, и с тех пор составляет 0, 032m. При этом яркость звезды увеличилась на 15%.

Кривая изменения блеска полярной звезды.
Амплитуда изменения блеска полярной звезды (слева - в видимых лучах, справа - в красных) систематически уменьшалась в течение? Века, особенно в период 1970-1990 гг. но в 1993 году внезапно остановилась в районе 0, 03 зв. Вел. Рисунок: D. Turner et al., 2009.

Интересно, что в отличие от классических цефеид, внешние и внутренние слои атмосферы полярной звезды колеблются в противофазе - режиме первого обертона. Некоторым астрономам это дало повод считать, что звезда не прекращает свои пульсации, а наоборот, находится в процессе развития к основному периоду в 5, 7 дней, становясь обычной цефеидой с большим колебанием блеска.

Факт номер 8. в прошлом полярная была менее яркой.
Итак, блеск полярной звезды увеличился за последние 100 лет на 15%. Это несомненный факт. А что если копнуть еще глубже в прошлое? Насколько яркой была полярная 2000 лет лет назад? Выпускник университета виллановы Скотт энгл (Scott Engle) решил заново проанализировать данные по блеску полярной, указанные в каталогах Птолемея (137 г.), ас - Суфи (964 г.), Улугбека, тихо браге и других астрономов. Приведя данные к единой шкале, он получил, что в настоящее время полярная в 2, 5 раза ярче, чем во времена Птолемея! На целую звездную величину!

Возможно ли такое? Лишь в том случае, если выводы энгла и его команды верны, то блеск полярной изменился за прошедшие 2000 лет в 100 раз больше, чем предсказывает современная теория звездной эволюции. Неудивительно, что большинство ученых отнеслись к работе астрономов скептически. Однако энгл и его команда, ко всему прочему, обнаружили в древних источниках и намеки на вариации в блеске полярной с периодом в 4 дня, что могло бы говорить о том, что в прошлом амплитуда была гораздо бо? Льшей, чем сейчас. Исследование было опубликовано в авторитетном журна.