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

Рис. 2.4. Спроецированная на небесную сферу окружность, которую «чертит» земная ось. Сейчас северный полюс оси указывает на Полярную звезду в созвездии Малой Медведицы. Но 5000 лет назад он был направлен на Тубан, α Дракона, а через 13 000 лет нацелится на Вегу, α Лиры. (На основе материалов Roen Kelly, Astronomy Magazine.)

Рис. 2.5. Прецессия земной оси медленно меняет отношения Земли и Солнца. В первом случае Земля находится в той части своей орбиты, которая соответствует зимнему (декабрьскому) солнцестоянию, когда Солнце пребывает в Стрельце. Северное полушарие «отвернуто» от Солнца, и солнечный свет падает на него под малыми углами — а жители севера чувствуют, что пришла зима. По прошествии 13 000 лет земная ось пройдет половину прецессионного цикла, так что Северное полушарие будет обращено к Солнцу, и соответствующие времена года в Северном и Южном полушариях поменяются местами: в декабре на север придет лето, на юг — зима.

Даже когда временные масштабы намного короче, астрономам приходится учитывать прецессионное движение земной оси каждый раз, когда они вычисляют положение объектов в экваториальных координатах. Обычно при этом ссылаются на табличные каталоги, в которых координаты объектов приводятся по отношению к определенной эпохе. Эти каталоги меняются каждые 50 лет. Годы позволяют мне ссылаться и на старые каталоги из эпохи B1950.0, и на более современные, из эпохи J2000.0. Чтобы определить фактическое положение любого небесного тела, необходимо «прецессировать» координаты, указанные в каталоге, на текущую эпоху. Как правило, в наши дни это делают с помощью программного обеспечения телескопа или онлайн- калькуляторов.

Ежемесячное перемещение ночного неба

По мере того как дни превращаются в месяцы, можно заметить, что некоторые вечерние звезды заходят на западе еще до темноты, а перед рассветом на востоке восходят те, что раньше были невидимы, и кажется, будто вся ночная панорама небесной сферы медленно вращается вокруг нас с востока на запад. С тех пор это интуитивное представление сменилось современным, в котором небесная сфера остается неподвижной, а Земля совершает свой путь вокруг Солнца, поэтому теперь перемещение ночного неба с востока на запад понимают как отражение ежегодного орбитального движения Земли. Если смотреть с нашей планеты, то создается впечатление, что Солнце заграждает одни области неба и уступает дорогу другим (рис. 2.6).

Рис. 2.6. Пока Земля обращается вокруг Солнца, «звездный купол», видимый ночью, медленно перемещается на запад. Рассмотрим ситуацию, когда Солнце пребывает в Рыбах, а «звездный купол» в полночь симметричен относительно Девы. По прошествии трех месяцев Солнце окажется в Близнецах/Тельце, а полуночный «звездный купол» сместится на запад и будет симметричен относительно Стрельца. Из-за орбитального движения Земли на востоке теперь видны новые звезды, а другие исчезают из вида на западе.

Скорость смещения можно рассчитать на основе времени, необходимого Земле для завершения полного оборота по орбите. Поскольку наша планета описывает круг в 360° примерно за 365 дней, оно составляет приблизительно 1° в день. Мы столь неотделимы от Солнца, что воспринимаем это смещение как ежедневную смену связанного с Солнцем времени восхода и захода звезд. Этот временной сдвиг можно высчитать, умножив ежедневное изменение угла, выраженное дробью, на полные 24 часа: (1°/360°) ∙ 24 часа = = 1/15 часа, или 4 минуты в день. Он объясняет и то, почему время, за которое Земля совершает один оборот вокруг своей оси относительно удаленных звезд, составляет 23 часа 56 минут, а период ее вращения относительно Солнца (т. е. солнечные сутки) на 4 минуты больше и ближе к привычной нам продолжительности в 24 часа.

«Странствующие» планеты

В отличие от звезд, видимое движение которых по ночному небу совершается сложным, но понятным способом, с планетами все сложнее. Вместо того чтобы медленно смещаться на запад вместе со звездами, они, как кажется, перемещаются из одного зодиакального созвездия в другое в течение недель (Меркурий), месяцев (Венера и Марс), лет (Юпитер и Сатурн) и десятилетий (Уран и Нептун). Эти «странствия» объясняются просто: планеты обращаются вокруг Солнца почти в одной и той же плоскости, но с очень разными скоростями.

Меркурий и Венера гораздо ближе к Солнцу, чем Земля, и их орбитальные периоды значительно короче земного. Поэтому мы обычно видим их на западе вскоре после захода Солнца или на востоке незадолго до восхода, из-за чего рождаются ошибочные наименования «вечерняя звезда» и «утренняя звезда». Меркурий никогда не «отходит» от Солнца более чем на 28°, так что его обычно можно заметить в отблесках рассвета или заката. Он появляется то на утреннем, то на вечернем небе, меняя положение каждые четыре месяца. Я видел Меркурий раз десять, не больше, и самый запоминающийся случай произошел в моей юности, когда я работал охранником и сторожил парковку чайной фабрики «Липтон». Перед самым восходом, когда прибыли рабочие утренней смены, длинноволосый охранник, встретивший их, указывал на восточный горизонт и восклицал: «Смотрите, смотрите, Меркурий!» К сожалению, вряд ли мои призывы внушили им уверенность в своей безопасности.

Венера почти вдвое дальше от Солнца, чем Меркурий, и если наблюдать за ней с Земли, то мы увидим, что от предрассветного восточного горизонта — или от западного горизонта после заката — она отходит намного дальше, на целых 47°. Венера постепенно перемещается между вечерним и утренним небом и каждые девятнадцать месяцев оказывается в одной из так называемых наибольших элонгаций. Поэтому ей можно любоваться на протяжении нескольких часов после заката и до восхода, пока небо полностью темное. Венера выглядит настолько яркой, что часто ее ошибочно принимают за самолет или НЛО.

Орбита Марса в 1,5 раза дальше от Солнца, чем орбита Земли, поэтому можно увидеть, как он перемещается по всему зодиакальному кругу. Примерно каждые два года Земля обгоняет Марс — так атлет, бегущий по внутренней дорожке трека, «обходит» соперника, бегущего по внешней. Когда это происходит, создается впечатление, что Марс прекращает свой путь на восток и меняет курс на противоположный — говорят, что он совершает ретроградное движение, — а по прошествии нескольких месяцев вновь ненадолго останавливается и после снова идет на восток (рис. 2.7).

Наблюдения показывают, что все планеты, орбиты которых пролегают за пределами земной, в какой-то момент прерывают движение на восток и движутся попятно, на запад, причем иногда на протяжении нескольких месяцев, после чего снова возобновляют свой путь на восток. Опять же, эти необычные передвижения можно объяснить тем, что примерно за один земной год Земля «обгоняет» эти медленные планеты. Запомнить, как движется по небу Юпитер, довольно легко. Его орбитальный период почти равен двенадцати годам, и из одного зодиакального созвездия в другое он переходит примерно за год. В тот год, когда я начал писать эту книгу (2015), а также в следующем году (2016) Юпитер пребывал в созвездии Льва, как и в 2004, 1992 и 1980 годах, когда я впервые начал следить за его продвижением по зодиаку. В 2017 году он пребывал в созвездии Девы, а в последующие годы — в Весах, Скорпионе и так далее. К ретроградному движению Юпитер переходит по прошествии каждых 399 земных суток (у него этот период гораздо ближе к земному году, чем у Марса). У более далеких планет на полный оборот вокруг Солнца уходит еще больше времени, поэтому каждый год они проходят через соразмерно меньшие участки ночного неба, а их крошечные ретроградные «петли» происходят почти ежегодно (и почти точно отражают орбитальное движение «обгоняющей» Земли). В четвертой главе мы еще поговорим о планетах.