Гайд по астрономии. Путешествие к границам безграничного космоса - Уоллер Уильям

• Аберрация звездного света. Представьте, что вас застал сильный ливень — и, к счастью, вы предусмотрительно захватили зонтик. Ветра нет, поэтому дождь льет прямо вниз. Пока вы стоите и держите зонт над головой, он закрывает вас, и ливень вам не страшен. Но если вы пойдете быстрым шагом, то вам покажется, что струи отклонились от вертикали и бьют вам в лицо, — и вы, заслоняясь от них, наклоните зонт вперед. Тот же самый эффект имеет место при падении звездного света на вращающуюся Землю — и выражается в том, что звезды, которые, согласно расчетам, должны были бы располагаться прямо над головой, кажутся слегка смещенными на восток, по направлению вращения Земли. Это «отклонение» звездного света составляет всего 1/11000°. Более быстрое орбитальное движение Земли вокруг Солнца приводит к гораздо большему отклонению, составляющему 1/100°. Эти смещения не столь существенны, но их достаточно, чтобы подтвердить вращение Земли и ее движение по орбите, — и поэтому астрономы вносят корректировки каждый раз, когда им требуется точно навести свои оптические исследовательские телескопы на определенные точки неба.

• Скорости самолета. Пришло время «отвлекающего маневра». На некоторых широтах скорость у самолета, летящего на восток, выше, чем у того, который летит на запад, — и может показаться, что вращение Земли, направленное с запада на восток, ускоряет один самолет и в то же время замедляет второй. Однако эти различия в скоростях можно в полной мере объяснить дующими на восток ветрами — попутными для одного самолета и встречными для другого. И более того, поскольку каждый самолет взлетает с вращающейся Земли, то он разделяет ее движение, и поэтому скорость его полета относительно земной поверхности не зависит от вращения планеты.

Небесные долготы и широты

Поскольку наши представления о дневном и ночном небе «прикованы к Земле» и во многом зависят от нашего географического местоположения и времени суток, астрономы, стремясь принять все это во внимание, разработали специальную картографическую систему координат. Она называется экваториальной, и, по сути, это проекция земной градусной сетки с ее координатами долготы и широты на небесную сферу (рис. 2.3). Чтобы увидеть ее в действии, рассмотрим небесный экватор — большой круг, проекцию экватора Земли на космическое пространство. Небесные широты к северу или югу от небесного экватора измеряют в градусах, угловых минутах и угловых секундах (обычно эти единицы сокращенно обозначают символами °, ′, ″), где 1 градус равен 60 угловым минутам, а 1 угловая минута насчитывает 60 угловых секунд. Небесную широту астрономического объекта, как правило, называют склонением (в астрономии оно обозначается как δ или Dec, от латинского слова declinatio — «наклон»). Созвездие Ориона находится на небесном экваторе, и поэтому его склонение близко к 0°. Полярная звезда, напротив, сейчас находится вблизи Северного полюса мира (проекция земной оси на небесную сферу), и поэтому ее склонение очень близко к +90°. (Магнитная ось Земли постоянно отклоняется от оси вращения планеты, и Северный магнитный полюс в настоящее время располагается примерно на 86-й параллели северной широты.)

Рис. 2.3. Земная система координат — это основа для экваториальной системы небесных координат, используемой наиболее часто. Здесь внутренняя сфера представляет Землю, а внешняя — небесную сферу. Небесная широта (склонение) измеряется относительно небесного экватора. В северном небесном полушарии склонение считается положительным, а в южном — отрицательным. Небесная долгота (прямое восхождение) измеряется по направлению на восток от линии долготы, пересекающей точку весеннего равноденствия.

Как и линии постоянной небесной широты, линии постоянной небесной долготы соответствуют проекциям меридианов Земли на небесную сферу. Они очерчивают большой круг, проходящий как через Северный, так и через Южный полюсы мира. Однако из-за суточного вращения Земли систему координат для расчета небесной долготы необходимо соотносить с определенным местоположением на небесной сфере (а не на Земле). Им стала точка весеннего равноденствия, в которой Солнце пересекает небесный экватор каждый март, когда «выходит» на северное небо. Небесные долготы измеряются в направлении с запада на восток от этой точки в часах, минутах и секундах, при этом полный круг, составляющий 360°, соответствует 24 часам.

Но как же так — ведь эти единицы приняты для измерения времени? Почему мы используем именно их? Причина в том, что каждые 24 часа суточное вращение Земли смещает те линии постоянной небесной долготы, которые определяются в системе координат, связанной с земным шаром. А чтобы установить, где на небе в любой момент появится тот или иной объект, необходимо знать как его небесную долготу, так и время суток, и если обозначить небесную долготу в единицах времени, то можно упростить расчеты. В астрономии для обозначения небесной долготы принят особый термин — прямое восхождение (сокращенно α или RA, от англ. right ascension). Часы, минуты и секунды (в которых отсчитывается и часовой угол) обычно сокращаются как h, m, s — от соответствующих английских слов hour, minute, second. Прямое восхождение и склонение небесного тела полностью описывают его положение на небесной сфере. Например, туманность Ориона в Мече Ориона имеет следующие координаты: RA 5h 35m 17,3s и Dec –5°23′28″.

В едином ритме с колебанием Земли

Располагать астрономические объекты в системе координат, связанной с Землей, довольно проблемно, поскольку со временем эти координаты, пусть и медленно, но все-таки меняются. Об этом впервые упомянул около 140 года до нашей эры древнегреческий астроном Гиппарх. Сравнив свои наблюдения с астрономическими записями, сделанными за предшествующие 150 с лишним лет, он обнаружил, что долготы некоторых ярких звезд, расположенных вдоль зодиака, изменились на эквивалент 2°. Это равняется угловому смещению примерно на 50″ в год, и по прошествии долгого времени положение может перемениться очень заметно. Например, даже точка весеннего равноденствия за последние 2000 лет сместилась вдоль небесного экватора на 28°. Пять тысяч лет назад, во времена, когда в истории Древнего Египта шел династический период, Солнце пересекало небесный экватор в созвездии Тельца, а сегодня это происходит в созвездии Рыб. Такое смещение влечет всевозможные последствия для астрологии. Скажем, если ваш астрологический «солнечный знак» — Стрелец, это не значит, что Солнце в день вашего рождения непременно находилось в созвездии Стрельца. И более того, все астрологические солнечные знаки смещены примерно на одно зодиакальное созвездие по сравнению с тем расположением Солнца в зодиакальном круге, которое мы наблюдаем сейчас в том или ином месяце.

Как нам теперь известно, это долговременное смещение вызвано тем, что наша планета не только вращается, но еще и покачивается, как волчок. Полный цикл колебания (или прецессии) земной оси занимает примерно 26 000 лет. Сейчас она указывает на Полярную звезду, а также примерно на 23,5° отклонена от перпендикуляра, проведенного к плоскости земной орбиты, и со временем прецессирует вокруг него, причем общий угол поворота между ними остается неизменным. Как показано на рис. 2.4, из-за прецессии земной оси Северный полюс мира проходит по окружности, угловой радиус которой равен 23,5°. Сейчас этот полюс находится в созвездии Малой Медведицы, и его можно найти по Полярной звезде, а 5000 лет назад он был в созвездии Дракона, и северный полюс земной оси указывал на Тубан. Возможно, эта предыдущая «полярная звезда» служила ориентиром творцам древних пирамид — и поможет объяснить, как им удалось выровнять эти памятники точно на истинный север.

Но это еще не все. Прецессионное движение земной оси сместило даже времена года. Представим, что сейчас 21 декабря и Земля находится в той части своей орбиты, когда Солнце пребывает в южном созвездии Стрельца, а северный полюс земной оси максимально отклонен от Солнца (рис. 2.5). Мы отмечаем это время как зимнее солнцестояние в Северном полушарии и летнее солнцестояние в Южном. А если мы теперь перенесемся на 13 000 лет вперед и вообразим Землю в той же части ее орбиты, то увидим, что земная ось на целых 57° отклонилась от направления, в котором она указывает в наши дни. Северный полюс мира в это время окажется в Веге, и поэтому 21 декабря северный полюс земной оси будет направлен к Солнцу, Стрелец расположится на северном небосклоне, а зимнее солнцестояние в Северном полушарии станет летним (в Южном все будет наоборот).