Неподвижные звезды все время движутся

Звезды обычно называют "неподвижными", чтобы отличать их от блуждающих планет. Но на самом деле звезды находятся в постоянном движении — и реальном, и видимом. Все небо, которое мы видим над головой, вращается, потому что вращается Земля. Звезды восходят и заходят, как Солнце и Луна, но порядок их расположения остается неизменным. Например, звезды Большой Медведицы не переворачиваются к Малому Псу или Водолею. Различные созвездия восходят в разное время и в разные дни, если смотреть на них из различных точек Земли.

На самом деле звезды Большой Медведицы (и любого другого созвездия) движутся одна относительно другой с огромной скоростью — порядка сотен километров в секунду. Но они настолько далеки от нас, что ученым нужно проводить точные измерения через довольно большие промежутки времени, чтобы обнаружить их движение по небу. Поэтому через 20 тысяч лет звезды Большой Медведицы создадут другой рисунок на небе. И, может быть, это даже будет похоже на медведицу.

Между тем ученые определили положение миллионов звезд, занесли данные о многих из них в каталоги и отметили на звездных картах. Положение звезды на небесной сфере определяется с помощью таких координат, как прямое восхождение (ascension) и склонение (declination), обозначаемых RA и Dec. Эти координаты аналогичны широте и долготе, используемым при определении положения объекта на Земле.

RA (прямое восхождение) — это положение звезды, измеряемое в западном или восточном направлении на небе (аналог долготы, отсчитываемой от нулевого гринвичского меридиана).

Dec (склонение) — это положение звезды, измеряемое в северном или южном направлении на небе (аналог широты, отсчитываемой от земного экватора).

RA обычно отсчитывают в часах, минутах и секундах, как время, но иногда и в градусах.

Координаты RA и Dec

Звезда с координатой RA 2^h 00^m 00^s находится на 2 часа восточнее звезды с координатой RA 0^h 00^m 00^s, независимо от склонения. RA увеличивается с запада на восток, начиная со значения RA 0^h00^m00^s, которое соответствует небесной полуокружности с центром в центре Земли, проходящей от Северного небесного полюса до Южного. Первая звезда может иметь склонение Dec 30° к северу, а вторая — Dec 15°25′12″ к югу, но они все равно будут находиться на расстоянии 2 часов по оси восток-запад (и на расстоянии 45°25′12″ по оси север-юг).

Сформулируем правила, касающиеся RA и Dec.

Значение RA, равное 1 часу, соответствует дуге величиной 15° на небесном экваторе. А длина всего небесного экватора соответствует 24 часам, так как 24 × 15° = 360°, т. е. получаем полный круг. Значение RA, равное 1 минуте, называется минутой времени и является мерой небесного угла, составляющего 1/60 долю от часа RA. Таким образом, 15°/60 = 1/4°. Значение RA, равное 1 секунде, называется секундой времени и равно 1/60 части от минуты RA.

Dec — это мера, измеряемая в градусах (как углы круга), а также в минутах и секундах дуги (или угловых минутах и секундах). Один градус примерно в два раза больше видимого или углового размера полной Луны. Каждый градус делится на 60 минут дуги. Размер Солнца или полной Луны составляет примерно 32 минуты (32') дуги. И каждая минута дуги делится на 60 секунд дуги (60"). Когда вы смотрите в небольшой телескоп при сильном увеличении, изображение звезды получается размытым из-за турбулентности воздуха. А при хороших условиях (когда турбулентность низкая), размер изображения в ширину составляет примерно 1–2".

Разобраться в том, что такое RA и Dec и как читать звездную карту, вам помогут несколько простых правил (рис. 1.3).

Рис. 1.3. Обозначения на небесной сфере

Северный небесный полюс (North Celestial Pole — NCP) — это точка на небе, на которую указывает ось Земли, продленная в северном направлении. Если стоять на географическом северном полюсе Земли, то NCP будет прямо над головой.

Южный небесный полюс (South Celestial Pole — SCP) — это точка на небе, на которую указывает ось Земли, продленная в южном направлении. Если стоять на географическом южном полюсе Земли, то SCP будет прямо над головой. Только нужно одеваться тепло, это ведь в Антарктиде!

Воображаемые линии, соответствующие равным значениям RA, проходят через NCP и SCP и представляют собой полуокружности, центр которых находится в центре Земли. Они воображаемые, но, тем не менее, отмечены на большинстве звездных карт, чтобы облегчить людям задачу нахождения звезд с определенными значениями RA.

Воображаемые линии, соответствующие равным значениям Dec, например, 30 к северу, проходят в небе прямо над головой на соответствующей географической широте. Поэтому, если вы находитесь в Нью-Йорке, т. е. на 41° северной широты, то прямо над головой у вас будет точка с координатой Dec 41 к северу, хотя ее координата RA будет постоянно меняться по мере вращения Земли. Эти воображаемые линии тоже отмечены на звездных картах, и называются они окружностями склонений (declination circles).

Астрономия в домашних условиях

Если в вашем дворе есть место, с которого хорошо видно небо (где деревья и соседние дома не мешают обзору), — этого вполне достаточно. Ясной ночью установите телескоп или возьмите бинокль и начинайте определять звезды. Если вы живете в центре крупного города, огни которого мешают наблюдению ночного неба, то вступите в астрономический клуб. Обычно члены клуба вместе отправляются туда, где можно без помех заниматься наблюдениями. Иногда достаточно выехать за город.

Если вы, в основном, интересуетесь наукой — открытиями, которые делают астрономы, — можете узнавать новости из журналов, специально ориентированных на астрономов-любителей. А еще лучше посещать бесплатные Web-сайты, где вам расскажут все, что вы всегда хотели знать о космосе, и еще то, о чем вы даже не подозревали.

Астрономия — это идеальное хобби для всей семьи. Стоит только установить телескоп, как всем вокруг захочется в него заглянуть хоть краешком глаза. Вам не с кем оставить детей? Оденьте их потеплее и возьмите с собой на "астрономическую вечеринку". Они даже помогут вам нести телескоп. Захватите одеяла и спальные мешки. Самый лучший способ поразмыслить об окружающем мире — это, борясь со сном, любоваться потрясающим зрелищем звездного неба.

Предположим, вы хотите найти NCP. Станьте лицом точно к северу и ищите точку, расположенную над горизонтом под углом X градусов, где X — ваша географическая широта. (Я предполагаю, что вы живете в Северной Америке, Европе или в какой-либо другой точке Северного полушария. Если же вы живете в Южной Америке, Южной Африке, Австралии или в любом месте Южного полушария, то не сможете найти NCP, потому что вместо этого вам нужно искать SCP. Для этого станьте лицом точно к югу и ищите точку, расположенную над горизонтом под углом, равным значению вашей географической широты.)

Но хочу вас успокоить: если вы хотите только научиться находить на небе созвездия и планеты, то можно обойтись без RA и Dec (если они вас напугали). Нужно только сравнить звездную карту для соответствующего времени года и ночи (такие карты печатают в астрономических журналах и календарях) с тем, что вы видите на небе. Но если вы хотите понять, как пользоваться звездными картами и каталогами и как найти с помощью своего телескопа далекую галактику, то постарайтесь все-таки разобраться с этими координатами.

Если же вы приобрели новый, шикарный и на удивление не слишком дорогой телескоп с компьютерным управлением (о нем подробно говорится в главе 3), то сможете ввести координаты RA и Dec только что обнаруженной кометы и телескоп будет направлен прямо на нее. (Обычно в каждом сообщении об обнаружении кометы приводится небольшая таблица, или эфемериды, в которой указываются расчетные координаты кометы RA и Dec, ночь за ночью, на протяжении ее пути по небу.)

Тяготение: то, с чем надо считаться

Со времен Исаака Ньютона все в астрономии вертится вокруг тяготения. Как объяснил Ньютон, это сила, возникающая между двумя объектами и зависящая от массы и расстояния. Чем больше масса объекта, тем сильнее сила его притяжения. И наоборот, чем больше расстояние, тем слабее сила притяжения.

Альберт Эйнштейн разработал более совершенную теорию гравитации, подтвержденную экспериментами, которых не выдержала старая теория Ньютона. Теория Ньютона хороша для описания тяготения в обычных условиях, например, как силы, заставляющей яблоко упасть ему на голову (если это, конечно, не вымысел). А теория Эйнштейна позволяет предсказать, что происходит рядом с объектами очень большой массы, где сила притяжения чрезвычайно велика. С точки зрения Эйнштейна, в действительности тяготение — это не сила, а искривление пространства и времени объектом большой массы, таким как звезда. Говоря об искривлении, я не имею в виду форму.

Теория Ньютона объясняет следующее.

Почему Луна вращается вокруг Земли, Земля — вокруг Солнца, Солнце — вокруг центра Млечного Пути и т. д.

Почему звезды и планеты круглые.

Почему газ и космическая пыль притягиваются и образуют новые звезды.

Теория Эйнштейна, или общая теория относительности, объясняет следующее.

Почему звезды, наблюдаемые недалеко от Солнца во время его полного затмения, кажутся расположенными немного "не на месте".

Почему возможно существование черных дыр.

Почему Земля, вращаясь, "тащит" за собой искривленное пространство и время. (Одни ученые заявляют, что у них есть данные, подтверждающие существование этого эффекта, а другие считают, что нужно подождать более доказательных фактов.)

О черных дырах мы поговорим в главе 10, но общую теорию относительности, пожалуй, оставим в покое (так что можете вздохнуть спокойно). Разумеется, прочитывая главу за главой, вы будете становиться все умнее и умнее. Но вряд ли друзья назовут вас Эйнштейном; для этого нужно отрастить волосы, везде ходить в грязном старом свитере и показывать язык, когда вас фотографируют.

Но следует отметить, что теория относительности оказала влияние на то, как ученые изучают Вселенную сегодня. Знание о том, что "все относительно" и понимание парадоксальности природы Вселенной (да, свет — это одновременно и частица, и волна) открыли ящик Пандоры с сокровищами астрономических гипотез и фантастических исследований.