Полярная звезда в созвездии Малая Медведица является самой яркой звездой в созвездии, ее также называют иногда путеводной, из-за того, что всегда указывает север. Она расположена очень близко к северному небесному полюсу мира, что делает его нынешней северной Полярной звездой.
Полярная звезда больше Солнца и содержит главное светило и два небольших спутника, а также два удаленных компонента. Была обнаружена в 1780 году астрономом Уильямом Гершелем. Созвездие, в которое она входит, называется Малая Медведица, и весьма популярна у любителей астрономии. Являясь одним из самых заметных астеризмов, наряду с Большой Медведицей, поясом Ориона и Кассиопеей.
Одной из горячих тем является определение расстояния до нее, ведь до сих пор мы точно не знаем, насколько удалена Полярная звезда от Земли. По последним данным, расстояние до Полярной, примерно 434 световых года или 133 парсек. Но некоторые ученые предполагают, что она может быть на 30% ближе к нам. Альфа Малой медведицы является ближайшей переменной цефеидой к Земле, так что ее физические параметры имеют решающее значение для астрономической шкалы расстояний.
Полярная звезда, известна тем, что в 4,5 раза больше Солнца по массе и имеет спектральный класс F7, что относит ее к сверхгигантам. Это первая классическая цефеида, у которой была возможность измерить массу напрямую, благодаря наличию спутников.
Полярную B можно увидеть даже в скромный телескоп. Оказалось, что ее наблюдал Уильям Гершель в 1780 году с помощью одного из самых мощных телескопов в то время – телескопа-рефлектор собственной постройки. В 1929 году было обнаружено, путем изучения спектра, что Полярная А это очень тесная двойная, содержащая слабое светило. В январе 2006 года НАСА предоставило изображения с телескопа Хаббла, непосредственно показывающих всех трех членов тройной системы. Ближайшая к Полярной звезда находится в 18,5 а.е. (2,8 миллиардов километров) от нее и это объясняет почему свет меньшего спутника мы увидели только в 2006 году.
Физические характеристики ее весьма заурядны для сверхгиганта. В небольшой телескоп и даже бинокль звезда показывает свой желтоватый цвет, это может некоторых удивить, ведь все привыкли думать, что она белая. Она всего лишь немного горячее нашего Солнца: температура ее поверхности колеблется около 6000 К. Однако на этом сходство заканчивается.
Как и множество других солнц, которые мы видим на небе невооруженным глазом, Полярная звезда ярче Солнца, если бы мы их смогли наблюдать с одинакового расстояния. Исследования ее спектра показали, что она принадлежит к классу сверхгигантов. Ее диаметр в 23 раза больше чем у нашего Солнца, а светимость больше в 2500 раз! Однако тут кроется подвох, из-за того, что астрономы достоверно не могут вычислить расстояние до альфы Малой Медведицы, оценки яркости и температуры могут варьировать.
По меркам Солнца, жизнь сверхгиганта довольно непродолжительна и наступает сразу после исчерпания водорода в ее ядре. Сверхгиганты – почти всегда старые и сильно проэволюционировавшие объекты. Это не значит, что они старые по возрасту, это относится к их жизненному циклу, который в отличие от Солнца, уже подходит к концу.
Сегодня мы можем предположить, что в своем прошлом Полярная звезда в галактике Млечный путь была довольно ярким голубым светилом. Ее масса примерно в 5 раз, а ее радиус в 3,5 раза больше Солнечного. Температура ее поверхности была около 18000К, что в три раза больше Солнечной. Но это было в прошлом, а сейчас ее физические параметры совсем другие.
Полярная – это сверхгигант основным компонентом, которой является классическая переменная – цефеида. Поскольку цефеиды являются важным стандартом для определения расстояния, Альфа Малой Медведицы, как ближайшая цефеида, в значительной степени изучена и проанализирована многими поколениями астрономов. Изменчивость ее подозревали с 1852 года, впоследствии это изменение было подтверждено Эйнаром Герцшпрунгом в 1911 году.
Узнать амплитуду и период вариаций смогли с момента открытия. До 1963 года амплитуда изменения блеска была более 0,1 звездной величины и уменьшалась постепенно. После 1966 года она снизился очень быстро, пока не стало менее 0,05 звездной величины и с тех пор меняется хаотично вблизи этого диапазона. По измерениям период изменения блеска – около 3,97 дней и в настоящее время растет. Период увеличивался довольно устойчиво по 4 секунд в год до 1963 года. Затем он оставался неизменным в течение 3-х лет, и начал расти лишь в 1966 году. Текущие измерения показывают последовательное повышение на 3,2 секунды в год. Исследования показывают, что сегодня Полярная звезда на небосводе в 2,5 раза ярче, чем когда Птолемей наблюдал ее.
Астрономы знают множество таких светил как Полярная звезда, на звездном небе она не уникальна по своим физическим характеристикам. Ученые даже выделили подобные светила в отдельный класс цефеиды. Все Цефеиды несмотря на то, что имеют схожие пульсации, не похожи друг на друга, в отличие от нейтронных звезд, которые почти все на «одно лицо». Цефеиды имеют разные размеры, массы, различаются по температуре и у всех них разные периоды пульсаций и амплитуды. Несмотря на это всех цефеид объединяет одна любопытная зависимость: их светимость зависит от периодов их пульсаций и чем больше светимость, тем больше период пульсаций.
В свое время эта зависимость яркости и периодов пульсаций сыграла очень важную роль, так как впервые позволило достоверно определить расстояние не только до самих Цефеид, но и до других галактик. Всего насчитывается около 40 цефеид, которые считаются классическими и видны невооруженным глазом. Чем отличается Полярная звезда от других, спросите вы? Помимо того, что она показывает север, она еще самая близкая и яркая к нам цефеида. В связи с тем, что эти переменные звезды используются в качестве своеобразных астрономических «линеек» ученые очень подробно и скрупулезно исследуют их переменность.
Почему Полярная звезда так называется? Из-за своей важности в астронавигации, ведь полюс мира отстоит от нее на 0,7 градуса, также она известна своими многочисленными именами. Одно из древних ее названий – Cynosura, от греческого «хвост собаки».
Какое направление показывает Полярная звезда? Поскольку она лежит почти на прямой линии с осью вращения Земли, она указывает на Северный полюс мира. Расположение на небе ее почти неподвижно и все звезды в Северном полушарии вращаются вокруг нее. Однако меняет ли она визуально свое положение? Да, но с течением очень длительного времени, порядка сотен лет. Поэтому мы имеем такую ситуацию, когда ось Земли и Полярная находятся на одной линии и это широко используется в навигации и для астрометрии.
Давайте рассмотрим, как двигается Альфа Малой Медведицы звезда по небу. Ее перемещение в будущем связано с прецессией Земной оси. Воображаемая ось полюса мира отойдет от нее после 21-го века, и следующей Полярной станет Гамма Цефея примерно в 41-й веке. Около 2500 лет до н.э. полюс мира был близок к звезде Тубан, а во время античности к Кохаб. Греческий навигатор Пифей в ок. 320 до н.э. описал небесный полюс, как место, лишенное светил. Тем не менее, в качестве одной из ярких звезд, близких к небесному полюсу, была использована альфа Малой Медведицы, по крайней мере, начиная с периода позднего средневековья. В настоящее время она находится всего в 0,7 градусах от полюса мира (это соответствует расстоянию 1,4 Лунных диска) и, следовательно, она вращается вокруг полюса в малом круге диаметром 1,5 градуса.
Многие недавние работы, посвященные вычислению расстояния, показывают, Альфа Малой Медведицы находится на расстоянии 434 световых года (133 парсек), эти данные согласуются с измерениями параллакса от астрометрического спутника Гиппарх (Hipparcos). Старые оценки расстояний часто были немного меньше, а недавние исследования на основе высокоточного спектрального анализа предполагают, что она находится на 100 световых лет ближе к нам, чем считалось ранее. Полярная является ближайшей переменной – цефеидой и ее физические параметры имеют решающее значение для всей астрономической шкалы расстояний. Кроме того, это единственная цефеида у которой стало возможно измерить массу, благодаря звездам-компаньонам.
Космический аппарат Гиппарх, используя метод измерения звездного параллакса (угловое смещение объекта за год) с 1989 по 1993 год произвел замеры у миллионов светил с точностью до 0,97 угловых миллисекунд (970 микросекунд), и получил точные данные по расстояниям до множества звезд и векторам их движений. Несмотря на преимущества астрометрии, выполненной Гиппархом, неопределенность в данных уже отмечалась, и некоторые исследования ставят под сомнение достоверность измерения Гиппарха.
Следующим важным шагом в высокоточном измерении параллакса будет запуск и сбор данных космическим аппаратом Гайя, который был запущен в 2013 году и предназначен для измерения звездных расстояний с точностью до 20 микросекунд дуги с 10% погрешностью для 8000 далеких звезд. Гайя не сможет проводить измерения ярких солнц, таких как Альфа Малой Медведицы, но ее исследования помогут с уточнением положения других звезд, которые также служат в качестве «мерил» расстояний. Также в исследовании принимали участие и радиотелескопы, которые были использованы для получения точных измерений параллакса на больших расстояниях. Правда они требуют компактный радиоисточник, находящийся в тесной связи со звездой, которая обычно встречается довольно редко.
Полярная звезда на Южном полюсе, в настоящее время, фактически отсутствует. Нет никакой, даже тусклой звездочки, которая находилась бы на оси Южного полюса. Ближайшим светилом к Южному полюсу является Сигма Октанта – видимая невооруженным глазом звезда 5,45 звездной величины. Она едва различима на ясную ночь, что делает его непригодной для использования в навигационных целях. Сигма Октанта это желтый гигант, находящийся в 275 световых годах от Земли. Его угловое расстояние от полюса составляет около 1° (по состоянию на 2000 год). Созвездие Южный Крест используется как приблизительный ориентир, указывая туда, где расположен южный полюс. Так что можно сказать что, Южный крест Полярная звезда южных стран. Несмотря на то, что альфа Малой Медведицы не видна в Южном полушарии, на экваторе одновременно можно увидеть и Полярную и Южный Крест. Конечно, она в разных широтах видна по-разному, чем ближе к экватору. Тем она ниже над горизонтом, а чем ближе к Северному полюсу, тем выше надо головой. На Северном полюсе так вообще, Альфа Малой Медведицы видна в зените!
Хотя на южном полюсе небесной сферы в настоящее время отсутствует яркая звезда, медленные изменения положения оси вращения (из-за последствий прецессии) сделают другие светила южными Полярными. Небесный южный полюс движется в сторону созвездия Южного Креста, которое указывает на южный полюс в течение последних 2000 лет. Как следствие, созвездие больше не видно из субтропических северных широт, как это было во время жизни древних греков.
На протяжении тысячелетий множество звезд становились полярными. Около 2000 лет до н.э., Eta Гидры была ближайшей яркой звездой в Южном полюсе. В 2800 году до н.э., Ахернар (Альфа Эридана) был всего в 8 градусах от южного полюса. В течение ближайших 7500 лет, к воображаемой оси Южного полюса близко подойдут звезды Гамма Хамелеона (произойдет это ок. 4200 года н.э.), I Киля, Омега Киля (5800 г. н.э.), Эпсилон Киля, Йота Киля (8100 г. н.э.) и Дельта Парусов (9200 н.э.). С 8000 по 9000 года Южный полюс пройдет через созвездие Парусов. В 14000 году н.э. Капопус (Альфа Киля) будет находиться в 8 градусов от Южного. В настоящее время, Альфа Малой Медведицы является умеренно яркой с видимой звездной величиной 1,97 (переменной). Ее склонение +89°19’8, поэтому она всегда указывает на север с точностью примерно один градус. Фактически она находится всегда на одном месте, также на экваторе она не видна, если не брать в расчет дифракцию атмосферы, но полноценным наблюдением это назвать трудно.
Альфу Малой Медведицы можно даже увидеть немного к югу от экватора (из-за атмосферной рефракции). Но на юге, она не может быть использована для навигации. Если вы хотите знать, где она находится, то распространенная практика ее нахождения, заключается в проведении воображаемой линии от двух крайних звезд ковша Большой Медведицы. Расстояние между звездами, указывающими на Полярную почти в пять раз больше, чем расстояние между звездами «ковша». Так что, несмотря на то, что она не изменяет положения в течение суток найти ее совсем не сложно.
Так как Альфа Малой Медведицы, всегда указывает на север, найти другие стороны горизонта после ее обнаружения очень просто. Просто проведите от нее линию, перпендикулярную к поверхности (горизонту). Точка пересечения этой воображаемой линии с горизонтом будет указывать точно на север, вы удивитесь, что этот метод гораздо точнее, чем компас! Чтобы найти другие стороны света вам необходимо помнить, что: юг располагается в противоположной стороне, восток справа от места пересечения воображаемой линии с горизонтом, а запад – слева. Поэтому столь простой метод определения сторон света весьма удобен, жаль только ночью, запомните, куда показывает ориентир Полярная звезда, там и север и вы никогда не заблудитесь!
Еще одна важная и интересная особенность Полярной это ее высота над горизонтом. Из-за близости к полюсу мира наша героиня практически неподвижна для данного места. Но ее высота над горизонтом может варьировать в зависимости от места вашего пребывания! Так, вот, если вы находитесь точно на Северном полюсе, вы увидите ее почти точно в зените, а если на экваторе (фактически на воображаемом «боку» нашей планеты), то Полярная почти точно находится на горизонте. Поэтому, высота ее над горизонтом помогает определять широту вашего местоположения. Мореплаватели прошлого, чтобы узнать, как далеко они проплыли к северу или югу измеряли каждую ночь угол между Полярной и горизонтом по направлению на север.
Полярная звезда исторически использовалась для навигации с поздней античности, как способ найти направление на север и определить широту. В связи с прецессией равноденствия (а также собственными движениями звезд), роль Полярной переходит от одной звезды к другой.
Во время 1-го тысячелетия до нашей эры, Альфа Малой Медведицы была самой яркой звездой, находящейся ближе всего к небесному полюсу, но она никогда не была достаточно близко, чтобы стать Полярной и служить в качестве маркировки полюса. Греческий навигатор Пифей уже в 320 до н.э. описал небесный полюс, как лишенный звезд. В римскую эпоху полюс мира был примерно одинаково удален от Альфа Малой Медведицы (Cynosura) и Бета Малой Медведицы (Kochab).
Про Альфу Малой Медведицы ученые древности писали, что она всегда видна, в 5 веке, когда она была удалена от небесного полюса примерно на 8 градусов. Название Полярная звезда было закреплено за Альфой Малой Медведицы, по крайней мере, с 16-го века, хотя в то время она была в нескольких градусах от небесного полюса. Реньер Фризиус определил это расстояние как 3 градуса и 7 угловых минут в 1547 году.
Прецессия равноденствий занимает около 25770 лет. Альфа Малой Медведицы (с учетом прецессии и собственного движения) достигнет максимального склонения в 89°32’23 или 0,4603° от небесного северного полюса, в феврале 2102. Ее максимальное склонение (с учетом нутации и аберрации) будет +89°32’50.62 или 0,4526° от небесного северного полюса, 24 марта 2100.
Гамма Цефея (также известная как Альраи, расположена в 45 световых годах от Земли), она станет ближайшей к северному небесному полюсу, примерно, в 3000 году нашей эры. Йота Цефея станет Полярной спустя некоторое время, примерно, в 5200 году нашей эры. Впервые Альфа Лебедя Денеб будет в пределах 5 градусов от Северного полюса в 10000 году нашей эры. Альфа Лиры или Вега как Полярная станет примерно в 14000 году н.э. и будет находиться всего в 4 градусов от Северного полюса.
Альфа Малой Медведицы снова станет Полярной в 27800 году нашей эры, в связи с собственным движением оно будет находиться дальше от полюса, чем сейчас, а в 23600 году до н.э. она была ближе к полюсу чем сейчас.
В древней Греции навигаторы называли Полярную звезду Kynosoura – Киносура, это означало «Хвост Собаки». Позже, данное имя вошло в обиход у англичан как Полярная звезда, что в вольном переводе значит «Объект, которому уделяют внимание и восхищение». Бытует весьма любопытная гипотеза о происхождении имени Киносура. Если верить Аллену и другим ученым, которые исследовали звездные имена, так в древности называлось созвездие Малой Медведицы.
По одной из версий мифа о рождении Зевса, младенца-бога в пещере кормили некоторое время две медведицы – Киносура и Гелика, они позже были отправлены на небо в знак благодарности Зевсом. Киносура стала Малой Медведицей, Гелика – Большой. Чуть позже это название прижилось только к Полярной звезде. Поэтому к этой легенде возникает вопрос: откуда у медведицы появилось такое имя?
В древности арабы полагали, что Полярная это не что иное, как своеобразное отверстие в небе. У них существовала легенда, в которой одна злая звезда (Аль Киблах) смогла убить Воина Неба, и в результате он будет вечно лежать в огромном гробу, который в общих чертах напоминает рисунок созвездий Большой и Малой Медведиц. Остальные звезды, в знак уважения перед павшим героем, всегда будет медленно плыть в ночном небе.
Жителям Северного полушария Земли повезло – зная как найти Полярную звезду, они даже без компаса и ориентиров определят север. Она всегда висит в одной части неба и указывает на север точнее любого прибора – этим часто пользуются астрономы для точной ориентации на местности. Кроме того, ее высота над горизонтом соответствует географической широте. Однако как найти эту столь полезную Полярную звезду? Сегодня мы вместе рассмотрим базовые приемы.
Прежде чем искать Полярную звезду, стоит разобраться с ее главными свойствами. Это поможет не только быстрее найти ее на звездном небе, где нет надписей с названиями звезд и линий созвездий, но избежать типичных ошибок. А еще среди людей бытуют заблуждение относительно Полярной звезды. Итак, преимущественно ошибаются в следующих вещах.
Полярная звезда находится в зените – то есть прямо над головой. Это очевидно не так: как бы она тогда она указывала на север, раз лежит ровно по центру? «Полярной» звезда называется потому, что размещена на небесной сфере ровно над Северным полюсом Земли. К слову, только там ее можно увидеть посередине неба. Чем дальше от полюса – тем ниже к горизонту опускается звезда, пока полностью не скрывается от глаз на экваторе. По этой же причине Полярная звезда не может служить ориентиром в южной половине планеты – там направление определяют по созвездию Южный Крест.
Интересный факт: Полярная звезда действительно помогает определить север точнее компаса. Мы уже знаем, что она находится ровно над Северным полюсом планеты. А вот компас указывает на северный магнитный полюс Земли, который несколько отдален от географического и ежегодно смещается на пару километров. Поэтому ближе к северу Полярная звезда становится наиболее точным инструментом для определения координат.
Полярная звезда – самая яркая на небе. Если вы заблудитесь и воспользуетесь этим убеждением, то оно будет стоить вам жизни. Увы, сила сияния – звездная величина Полярной звезды – не очень большая; звезда не входит даже в первые десятки самых ярких звезд, довольствуясь скромным 48-м местом. Впрочем, это не усложняет ее поиск. Но если руководствоваться одной лишь яркостью, больше шансов найти Сириус или Вегу, но никак не Полярную звезду. Но такое положение вещей продлится ненадолго. Земная ось постоянно смещается по кругу, причем очень быстро в космических масштабах – полный оборот происходит приблизительно за 25800 лет. Поэтому Полярная звезда не всегда была полярной, и останется ею ненадолго. Через 13 тысяч лет место на полюсе займет уже упомянутая яркая Вега, тем самым облегчая поиски севера землянам будущего.
Полярная звезда всегда находится на одном и том же месте. Отчасти это правда. Как вы уже наверняка знаете, небесная сфера постоянно вращается – точнее, сама Земля вращается относительно неподвижных звезд. Полярная звезда находится ближе всего к полюсу, и поэтому почти не перемещается. «Почти» тут ключевое слово – отклонение от полюса составляет всего 1°, делая ее наименее подвижной среди других звезд.Однако мы уже знаем, что местоположение Полярной звезды меняется в зависимости от широты. Поэтому в Москве звезду не найти на том месте, где она была вчера Санкт-Петербурге – звезда опустится ниже, ближе к горизонту. Так что единожды найдя Полярную звезду, не стоит расслабляться. В зависимости от сезона, времени суток и географических координат созвездия вокруг занимают разные позиции. Поэтому стоит отработать методику самостоятельного поиска Полярной звезды – тем более что это совсем несложно.
Теперь, когда мы разобрались с тем, что же такое Полярная звезда, пора приступать к ее поискам. Среди методов стоит выделить два основных: поиск по созвездиям и с помощью технических средств.
Если небо не заслонено облаками, а ваше зрение позволяет вам видеть хотя бы самые яркие звезды, проще – и быстрее всего – искать Полярную звезду по созвездиям. Преимущество этого метода кроется в точности – звезды всегда неподвижны относительно друг друга. Кроме того, Полярная звезда тоже участвует в созвездиях – она находится на конце «хвоста» созвездия Малой Медведицы и является самой яркой его звездой. Первый и наиболее простой способ – найти на небе созвездие Большой Медведицы, а именно его основную часть, Большой Ковш. Его широкую часть у «головы», противоположную «хвосту», образуют две звезды – Мерак «внизу» и более яркая Дубхе «сверху».
Итак, представим себе Большую Медведицу и ее Ковш. Слева у нас будет «хвост» и узкая сторона ковша, справа – широкая. На широкой части находим две звезды и проводим прямую от менее яркой Мерак в сторону яркой – Дубхе. На расстоянии, равном 5 расстояниям от Мерака к Дубхе, вы найдете кончик «хвоста» Малой Медведицы и Полярную звезду. Она ярчайшая в том районе, так что ошибиться трудно.
Стоит помнить, что этот метод ориентируется в первую очередь на составляющие созвездий. Большая и Малая Медведицы, как и другие созвездия, постоянно кружат по небу – Ковш может быть и перевернут, и стоять «на ребре». Чтобы облегчить проведение прямой по небу, используйте линейку, прут или палец – так точно не промажешь мимо Полярной звезды.
Большая Медведица – достаточно большое созвездие, и потому может быть частично или полностью скрыто облаками или препятствиями, вроде высоких зданий и деревьев. Поэтому найти Полярную звезду тоже поможет меньшее, но не менее выразительное созвездие Кассиопеи. В зависимости от положения, оно выглядит как буква «М» или «W», только с немного более растянутыми краями. Его центральная стрелка всегда «указывает» на созвездие Малой Медведицы, где и находится Полярная звезда. Проверить результат можно найдя рядом Большую Медведицу или Цефея – созвездие между Малой Медведицей и Кассиопеей, напоминающее домик с крышей. Но бывает и так, что самому искать созвездия не представляется возможным: деревья закрывают часть небосклона, облачность неравномерно распределилась по небу, или же звезды попросту не складываются в созвездия из-за неопытности. Тогда на помощь в поисках Полярной звезды приходят технические приспособления.
Если у вас под рукой оказался фотоаппарат – в идеале популярная сегодня «зеркалка» – значит Полярная звезда почти у вас в «руках». Наверняка многие из вас видели фото звездного неба, сделанные с большой выдержкой – движущиеся звезды оставляют светящиеся треки на небе. И чем длиннее трек, тем большую дистанцию прошла звезда. А так как Полярная звезда расположена у оси небесной сферы и почти не двигается, то на снимке получится следующая картина – треки всех звезд образуют концентрические круги возле самого маленького и короткого. Это и есть след Полярной звезды.
Есть, конечно, свои нюансы. Так, на фотоаппарате придется вручную открыть диафрагму на максимум, выставить фокус на бесконечность и правильную светочувствительность в пределах ISO 400-600 – иначе снимок будет сильно засвечен. Время выдержки при такой чувствительности стоит выставлять до получаса: обычно этого достаточно, чтобы отчетливо увидеть треки. Так как дело будет происходить ночью, важно учесть возможность образования конденсата на объективе. Самый легкий способ избежать этого – вынуть фотоаппарат из сумки, положить на холодную сухую поверхность и дать ему «подышать» пару минут. Так он остынет, и конденсат можно будет убрать до того, как делать снимок. И само собой надо зафиксировать фотоаппарат, так как любое его движение сведет потраченное время на нет. Однако для точного результата стоит поэкспериментировать с вашим фотоаппаратом, дабы определить точные настройки. Например, для установки длительной выдержки, не предусмотренной производителем, может потребоваться специальный пульт.
Если же подходящего фотоаппарата нет, воспользуйтесь специальными приложениями для мобильных телефонов. На базе Android есть приложение Stellarium, а для iOS – Sky Guide; также существуют многочисленные аналоги. Они помогут определить созвездия на небе с помощью камеры смартфона, или же рассчитать их положение для заданного места, сезона и времени суток. Эта функция самая полезная – хотя эти программы и усиливают камеру, часто она чисто технически неспособна «увидеть» звезды.
Полярная звезда, известная на протяжении всей человеческой истории, оказалась ближе к нашей солнечной системе, чем предполагали ранее. Учёные, изучающие полярную звезду, обнаружили, что она расположена на расстоянии 323 световых лет от Земли. Это значительно ближе, ведь ранее считали, что расстояние составляет около 434 световых лет, а измерения проводились с помощью европейского космического спутника в конце 1990-х годов. То есть разница оказалась существенная – 111 световых лет. Полярная звезда принадлежит к классу, называемому цефеидами, относящиеся к классу пульсирующих звёзд, имеющих точную зависимость «период-светимость». Они помогают исследователям в измерении расстояний в космосе. Ориентиром служит переменный блеск цефеид. Поскольку Полярная звезда – ближайшая цефеида к нашей Солнечной системе, точное расстояние до звезды служит своеобразным ориентиром для измерений других цефеид, используемых для определения масштабов Вселенной.
В 90-е годы европейский космический спутник Hipparcos, предназначенный для астрометрических задач (измерения координат, расстояний, движений светил), определил, что расстояние до Полярной звезды составляет 434 световых года. В то время, как другие исследования предполагали, что звезда находится гораздо ближе. Один световой год – расстояние, которое свет проходит в течение одного года. Новое исследование, проводимое учёными из Канады, Украины, подтвердило, что расстояние до звезды меньше.
Раньше на Руси было распространено альтернативное название созвездия Большой медведицы вместе с Полярной звездой – Конь на приколе (имеется в виду пасущийся конь, привязанный верёвкой к колышку). А Полярную звезду, соответственно, называли Прикол-звездой.
Ранним картографам для составления географических карт было необходимо иметь фиксированное направление, связанное с неподвижным объектом. Таким объектом является Полярная звезда, которая в наше время указывает север. Именно поэтому на картах север традиционно стали изображать вверху, а юг внизу. С недавнего времени в странах южного полушария, например Австралии или Новой Зеландии, популярны перевёрнутые карты, с югом вверху. Они также используются в других частях мира, как инструменты для обучения критическому мышлению.
10 фактов о самой известной звезде ночного неба
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! 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. 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° 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. 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. 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 (Альфа) 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 – «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 Бета Малой Медведицы). Интересно, что на древних картах Полярная звезда действительно отмечает собой хвост, но не собачий, а длинный, не существующий в природе, хвост Медведицы. Существует интересная гипотеза происхождения имени Киносура. Именно так, согласно Алленуи 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 6000К. 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 классузвезд-сверхгигантов. Ее радиус в 4.6 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 В 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 18000К.
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. 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%. 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 бо?льшей, чем сейчас. Исследование было опубликовано в авторитетном журнале Science, и это, конечно, придает ему некий знак качества. Однако это не значит, что выводы Энгла окончательны.
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! 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.
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 подвергать 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.
|
