Как найти дельту звезды

Работая с ПКЗН вы можете определить вид звездного неба, моменты восхода и захода звезд и их экваториальные координаты.

Работа с подвижной картой звездного неба

Все вы знаете, что звёздные карты представляют собой проекции небесной сферы на плоскость с нанесёнными на неё объектами в определённой системе координат.

Рассмотрим ПКЗН поподробнее. Она состоит из подвижной и неподвижной части. На подвижной части мы можем увидеть рад созвездий.

В наши дни созвездиями называют определённые участки звёздного неба, разделённые между собой строго установленными границами, с характерной наблюдаемой группировкой звёзд.

На ПКЗН мы можем наблюдать ряд созвездий северного полушария, разделенных между собой пунктирной линией. Например, созвездие Ориона.

Рассмотрев подробнее данное созвездие, мы можем заметить, что практически все звезды обозначены греческими буквами и диаметр звезд при нанесении на карту также отличается. Это связанно с тем, что, рассматривая звездное небо не трудно заметить, что все звезды отличаются по яркости.

В 1603 году немецкий астроном Иоганн Байер предложил свою систему обозначения звёзд, которой мы пользуемся до сих пор. В этой системе название звезды состоит из двух частей: названия созвездия, которому принадлежит звезда, и буквы греческого алфавита. Причём буквенное обозначение, как правило, присваивается в порядке убывания яркости звезды в созвездии.

Однако мы знаем, что из любого правила есть исключения: созвездие Большой медведицы, семь ярких звёзд которого образуют известный Большой Ковш. Обозначение этих звёзд велось просто справа на лево и созвездие Ориона, где звезда β ярче, чем α.

Что же еще можно узнать, работая с ПКЗН.

На ПКЗН все объекты нанесены в экваториальной системе координат, т.к. в ней координаты звёзд не связаны с суточным движением небесной сферы и изменяются очень медленно, так как достаточно далеки от нас.

Координатами данной системы служат склонение и прямое восхождение.

Теперь давайте посмотрим, как используя ПКЗН определить экваториальные координаты α Девы.

Для этого найдем созвездие Девы и в нем звезду α. Для определения прямого восхождения нам необходимо провести луч, проходящий через полюс мира и нашу звезду. Его пересечение с краем карты укажет нам значение данной координаты 13,25

Для определения склонения светила обратим внимание на концентрические окружности, изображенные на карте, и имеющие оцифровку от 90 0 до -45 0 на данной карте. Звезда находится между окружностями 0 и -30. С учетом погрешности можно предположить, что склонение данной звезды будет -11 .

А теперь давайте с вами решим обратную задачу, то есть найдём звезду по её координатам. Итак, пусть склонение звезды равно 27 о , а прямое восхождение — 23 ч 00 м . β Пегаса.

Стоит отметить, что картой звёздного неба можно пользоваться не только для нахождения координат звёзд, но и для определения вида звёздного неба в интересующий момент времени. Для этого необходимо совместить на неподвижной части карты дату, а на подвижной время. Например, 25 февраля и 5 часов. Те небесные объекты, которые находятся на белом фоне можно наблюдать, прочие нет.

А также с помощью ПКЗН определять моменты восхода и захода звёзд, в том числе и Солнца. Под восходом понимается явление пересечения светилом восточной части истинного горизонта, а под заходом — западной части этого горизонта.

Для определения момента восхода звезды а Волопаса 30 сентября нам необходимо:

Совместить восточную часть на подвижной части карты и звезду на неподвижной.

Далее на подвижной части звездной карты определить момент восхода. Восход 6,00

Для определения момента захода данной звезды нам необходимо:

Совместить западную часть на подвижной части карты и звезду на неподвижной. Заход 21,50

И опять же на подвижной части карты посмотреть момент времени.

Аналогичные действия можно выполнять и для Солнца, однако следует помнить, Солнце так же, как и другие звёзды, описывает свой путь по небесной сфере.

Для определения положения Солнца следует провести луч из полюса мира, проходящий через заданную дату, и его пересечение с эклиптикой даст нам положение Солнца.

Таким образом работая с ПКЗН вы можете определить вид звездного неба, моменты восхода и захода звезд и их экваториальные координаты.

Ориентирование по звездной карте: Точка севера, юга, востока и запада, а также зенит

О том что представляет собой звездная карта, как и о принципах её составления, мы уже узнали. Сейчас поговори о том, как её использовать для наблюдения звездного неба.

Ответим для начала на два вопроса: Как узнать по карте, какие звезды сейчас видны на небе, какие не видны? Какие звезды видны на востоке и на западе?

Обе задачи решаются сразу, но сначала надо условиться в том, что считать за восток и запад. Обыкновенно мы делим видимый небесный свод и видимую часть земной поверхности на две половины: либо на северную и южную, либо на восточную и западную. Говорят, например: «Солнце восходит на востоке, а заходит на западе». Это верно, но слишком неточно, так как Солнце восходит и заходит каждый день в разных местах. Лучше вместо довольно абстрактных сторон — южной и северной, восточной, и западной взять четыре вполне определенные точки. Их можно наметить таким способом.

Вечером, став под открытым небом, найдите Полярную звезду и встаньте к ней лицом — так вы встанете по направлению точно к северу. Проведите на земле длинную прямую черту прямо вперед, и вообразите, что вы довели эту черту до видимого края неба. Та точка, в которой ваша воображаемая черта встретится с видимой вдали чертой горизонта, будет точка севера.

Пройдя несколько шагов вдоль вашей черты, обернитесь назад и смотрите прямо вдоль черты. Так вы наметите точку юга на линии горизонта.

Проведите другую черту поперек вашей черты так, чтобы получился правильный крест с совершенно ровными, прямыми углами. Станьте в середине креста, в точке пересечения двух проведенных вами линий, и вообразите, что концы поперечной черты креста также доведены до линии горизонта. Те точки, в которых они встречаются с линией горизонта, это будут точка востока и точка запада.

Запомните раз навсегда в вашей местности точки юга, севера, востока и запада, чтобы не намечать их каждый раз. Для этого заметьте в этих точках какое- нибудь дерево, куст, строение, но только выбирайте эти цели как можно дальше от себя: иначе, если вы выберете цели близкие, то стоит вам немного сойти с места, и они уж не совпадут с точками севера, юга, востока и запада.

Припомните еще пятую точку неба — зенит: если вы поставите в середине вашего креста из двух линий высокий прямой отвесный столб и вообразите себе, что вершина этого столба уперлась в небо, то точка, в которую она упрется, это и будет зенит. Наконец, если вы вообразите себе, что ваш столб пророс вниз сквозь землю, прошел сквозь центр земного шара, вышел наружу на той стороне и там уперся в небо, то получится еще пятая точка неба, противоположная зениту, в астрономии она называется надиром.

Определяем положение звезд по звездной карте

Возвратимся к нашей задаче. Какие звезды видны у нас, например, в 11 часов вечера в середине июля, и в какой части неба искать каждую из них?

Северные околополярные звезды, до 30-й северной параллели, изображенные на круглой карте, видны все, как и во всякое время. Поставьте карту в положение 22 июня (Малая Медведица — вверх) и поверните ее против часовой стрелки на два часовых деления: получится положение звезд 22 июля в 9 ч. вечера. Поверните еще на два часовых деления: получится положение звезд в 11 часов. Внизу карты, в точке севера, будет 7-й час, а вверху, в зените, — 19-й час. Между 60-й и 45-й параллелями, то есть в зенитах разных мест от Санкт-Петербурга до Крыма, будут мелкие звездочки созвездия Дракона, а прямо к югу от зенита будет стоять Лира.

Из звезд же, изображенных на четырехугольной карте, будет видна ровно половина. В зените, как вы помните, стоит 19-й час. Положите четырехугольную карту перед собой так, чтобы против вас был 19-ый час (созвездие Стрельца). Здесь и будет точка юга — на нижнем краю карты и на 19-м часовом делении. На юге, и только на юге, над точкой юга, вы увидите на небе всю карту, с верху до низу.

Отсчитайте от точки юга шесть часов влево и шесть часов вправо: там будут точки востока (1-й час) и запада (13-й час). Но эти точки при­дется поставить уж не на нижнем краю карты, а посредине, на экваторе: на востоке и западе уж видны только созвездия севернее экватора, то есть с верху до середины карты.

Отсчитайте еще шесть часов влево от точки востока и вправо от точки запада: тот и другой отсчет сойдутся на 7 часу — там будет точка севера. Ее придется поставить на верхнем краю карты: над точкой севера не видно ни одной из звезд, изображенных на длинной карте под 7 часом, — они все будут ниже горизонта, а над горизонтом на севере будут только звезды, изображенные на круглой карте северных созвездий.

Вот способ еще короче и прямее. Установив точку юга и отметив ее на нижнем краю карты, отсчитайте от нее 12 часовых делении вправо: там будет точка севера, на верхнем краю карты. Проведите на карте прямую черту от точки юга к точке севера. Эта черта будет изображать линию горизонта. Что выше этой черты, то видно на западной стороне неба; что ниже, то скрывается под горизонтом.

Так же чертится и восточная половина линии горизонта, только надо отсчитывать от точки юга 12 часов влево. Все это понятнее на чертеже, особенно если вы сравните этот чертеж с чертежом, изображающим полный глобус, не разложенный на карты, и внутри его круг — горизонт. Этим способом нетрудно рассчитать, какие звезды видны, в какой стороне и на какой высоте над горизонтом.

Особенности ориентирования по звездной карте

Другая задача: где восходят разные звезды, где они заходят, как они идут по видимому небу и сколько времени от их восхода до заката?

Надо запомнить, что линия экватора пересекается с линией горизонта в точках востока и запада, так, например, звезда, находящаяся на Экваторе глобуса (хотя бы бета Ориона), восходит в точке востока, а заходит в точке запада и описывает дугу, наклоненную над точкою юга. Дуга эта и есть линия экватора. В Крыму линия экватора проходит по середине видимого расстояния между зенитом и точкой юга, а в Санкт-Петербурге гораздо ниже — на высоте в одну треть расстояния между зенитом и точкой юга. Звезда, находящаяся на экваторе, идет по видимому нами небу ровно 12 часов — и в Санкт-Петербурге, и в Крыму, и где бы то ни было.

Звезда, помещенная на глобусе южнее экватора, очевидно, восходит уж не на востоке, а где-нибудь на юго-востоке, между точкой востока и точкой юга. Она описывает по южной стороне видимого неба дугу ниже линии экватора и заходит на юго-востоке. Такие звезды видны на небе в течение времени меньше 12 часов. Чем южнее звезда, тем ближе к точке юга она восходит и заходит, и тем ниже, короче и кратче ее видимый путь.

Звезды, находящиеся к северу от экватора, восходят в промежутке между точкой востока и точкой севера, одним словом, — в северо-восточной четверти горизонта. Оттуда они движутся вверх и в то же время к югу, переходят в южную сторону неба, описывают дугу, наклоненную над линией экватора и заходят на северо-западе. Они описывают на видимом небесном своде дугу больше, чем в пол-круга, и остаются на небо дольше двенадцати часов.

Наконец, звезды, которые находятся еще ближе к полюсу, описывают на небесном своде полные круги около Полярной звезды и совсем не заходят, так что их можно видеть на небе во всякое время года, ночи и дня, если у вас есть телескоп.

В Крыму Полярная звезда видна посередине расстояния между зенитом и точкой севера, так что там круг, проходящий своим нижним краем через точку севера, верхним краем проходит через зенит. Этот круг, описывают звезды Капелла и Денеб: они помещаются на глобусе на 45-ой параллели, следовательно, на середине расстояния между экватором и полюсом, и сам Крым находится на середине расстояния между экватором и полюсом, приблизительно 5000 километров от того и другого.

Санкт-Петербурге ближе к полюсу, он стоит под 60-й параллелью. Здесь Полярная звезда видна на высоте в две трети расстояния от точки севера до зенита. Потому-то в Санкт-Петербурге круг незаходящих околополярных звезд в полтора раза шире, чем в Крыму.

Круги, описываемые незаходящими звездами на здешнем небе, помещаются внутри 30-й северной параллели. Они переходят своим верхним краем в южную сторону небосклона, южнее зенита, и представляются на ней в виде дуг, проходящих выше экватора. Только одна Малая Медведица здесь никогда не переходит в южную сторону неба и, даже протянувшись вверх, не достает до зенита.

Итак, на южной стороне неба все звезды описывают дуги, наклоненные серединой над точкой юга. На северной стороне неба немногие звезды, близкие к Полярной, описывают полные круги, более отдаленные звезды — тоже полные круги, но часть этих кругов проходит дугой через верх южной стороны неба.

Звезды, самые отдаленные от Полярной и близкие к экватору, чертят наклонные линии — начала и концы больших дуг, середина которых проходит по южной стороне неба выше экватора. Так изображаются пути звезд на бумаге. А на настоящем небе, как мы его видим, пути звезд представляются в виде кругов и дуг, поднимающихся наклонно от севера к югу и параллельных друг другу.

Конспект урока «Небесные координаты и звёздные карты»

Все мы не раз с вами видели, как каждое утро в восточной стороне неба восходит Солнце. Оно появляется из-за далёких предметов или неровностей земной поверхности. Затем постепенно поднимается над горизонтом и, наконец, в полдень достигает наивысшего положения на небе. В это момент человек, находящийся в северном полушарии Земли, будет видеть Солнце на юге, а находящийся в южном полушарии — на севере. После полудня Солнце постепенно опускается, приближаясь к горизонту, и заходит в западной части неба.

Такое же движение по небу в течение суток можно заметить и у других светил: Луны, звёзд и планет. В целом нам кажется, что небосвод вращается как единое целое вокруг некоторой оси, называемой нами осью мира.

При наблюдении звёзд ясной ночью в северной части неба, можно увидеть, как они, двигаясь с востока на запад, описывают концентрические круги, центр которых располагается около Полярной звезды (альфа Малой Медведицы). Эта точка называется северным полюсом мира. В южном полушарии можно найти диаметрально противоположную ей точку — южный полюс мира. Давайте также вспомним, что большой круг небесной сферы, проходящий через полюсы мира и светило, называется кругом склонения.

А большой круг, проходящий через центр небесной сферы и перпендикулярный оси мира, называется небесным экватором. Он делит небесную сферу на две части: Северное полушарие с вершиной в Северном полюсе мира и Южное — с вершиной в Южном полюсе мира.

Помимо этого, на небесной сфере принято указывать и видимый годовой путь Солнца среди звёзд. Он называется эклиптикой. Она наклонена к небесному экватору под углом 23 о 27′ и пересекает его в двух точках — точке весеннего (около 21 марта) и осеннего (около 23 сентября) равноденствия.

Сейчас же мы знаем, что вращения небосвода — это кажущееся явление, вызванное вращением Земли вокруг своей оси с запада на восток.

Видимое движение светил, происходящее из-за вращения Земли вокруг оси, называется суточным движением, а период вращения Земли вокруг оси — сутками.

На одном из первых уроков мы с вами говорили о том, что наблюдателю, находящемуся на поверхности Земли, кажется, что все звёзды расположены на некоторой сферической поверхности неба и одинаково удалены от него. Напомним, что такая воображаемая сфера произвольного радиуса была названа небесной сферой.

Для указания положения светил на небе используют систему координат, аналогичную той, которая используется в географии.

Вы уже знаете, что в географии определить положение точки на поверхности Земли нам помогают географические координаты — широта и долгота. Географическая долгота отсчитывается вдоль экватора от начального (Гринвичского) меридиана. А географическая широта — по меридианам от экватора к полюсам Земли.

Такая система координат называется экваториальной.

Аналогичную, экваториальную, систему координат удобно использовать и в астрономии, для указания положения светил на небе. В этой системе координат основным кругом небесной сферы является небесный экватор. А координатами служат склонение и прямое восхождение.

Склонение светила — это угловое расстояние светила от небесного экватора, измеренное вдоль круга склонения. Обозначается склонение малой греческой буквой δ и оно аналогично географической широте. Единственное отличие состоит в том, что у светил, расположенных к северу от экватора, склонение считается положительным, а расположенных к югу от экватора — отрицательным. При этом за начальную точку отсчёта склонения на небесном экваторе принимается точка весеннего равноденствия.

Вторая координата — прямое восхождение — указывает положение светила на небе. То есть это угловое расстояние, измеренное вдоль небесного экватора, от точки весеннего равноденствия до точки пересечения небесного экватора с кругом склонения светила.

Обозначается склонение малой греческой буквой α. А отсчитывается оно в сторону, противоположную суточному вращению небесной сферы, в пределах от 0 до 360 градусов или от 0 до 24 часов. Хотя в астрономии склонение принято выражать не в градусной мере, а в часовой. Если учесть, что 360 градусам соответствуют 24 часа или 1440 минут, то одному градусу соответствует 4 минуты.

У вас может возникнуть вопрос: «В чём принципиальное отличие горизонтальной системы координат (о которой мы говорили в одном из первых уроков) от экваториальной?»

Ответ достаточно прост. Вспомните, что в горизонтальной системе координаты светила на небесной сфере со временем изменяются. Следовательно, они имеют определённое значение только для известного момента времени.

В экваториальной же системе координаты звёзд не связаны с суточным движением небесной сферы и изменяются очень медленно, так как достаточно далеки от нас. Поэтому именно эта система координат применяется для составления звёздных глобусов, карт и каталогов.

Звёздные карты представляют собой проекции небесной сферы на плоскость с нанесёнными на неё объектами в определённой системе координат.

Набор звёздных карт смежных участков неба, покрывающих всё небо или некоторую его часть, называется звёздным атласом.

А в специальных списках звёзд, называемых звёздными каталогами, указываются координаты их места на небесной сфере, звёздная величина и другие параметры. Например, в каталоге опорных звёзд-два, который также известен как Ориентировочный Каталог Космического Телескопа Хаббла, содержится более 945,5 миллионов звёзд.

Давайте остановимся и рассмотрим карту звёздного неба поподробнее. Итак, в центре нашей звёздной карты располагается северный полюс мира. Рядом с ним Полярная звезда.

Сетка экваториальных координат представлена на карте радиально расходящимися от центра лучами и концентрическими окружностями. На краю карты, возле каждого луча, написаны числа, обозначающие прямое восхождение (от 0 до 23 часов).

Луч, от которого начинается отсчёт прямого восхождения, проходит через точку весеннего равноденствия, обозначенную на карте символом овна. Склонение отсчитывается по этим лучам от окружности, которая изображает небесный экватор и имеет обозначение ноль градусов. Остальные окружности также имеют оцифровку, которая показывает, какое склонение имеет объект, расположенный на этой окружности.

В зависимости от звёздной величины звёзды изображают на карте кружками различного диаметра. Те из них, которые образуют характерные фигуры созвездий, соединены сплошными линиями. А границы созвездий обозначены пунктиром.

Теперь давайте посмотрим, как пользоваться звёздной картой. Для этого определим экваториальные координаты Альтаира (это альфа Орла), Сириуса (это альфа Большого Пса) и Веги (это альфа Лиры).

А теперь давайте с вами решим обратную задачу, то есть найдём звезду по её координатам. Итак, пусть склонение звезды равно 35 о , а прямое восхождение — 1 ч 6 м .

Для того, чтобы найти ответ на поставленный вопрос, мы с вами должны выполнить все те же действия, что и в прошлый раз, но только в обратном порядке. То есть сначала на карте мы находим заданное нам прямое восхождение светила. Далее строим мысленный отрезок (или прикладываем линейку) так, чтобы он соединил нашу точку с центром карты звёздного неба. Теперь находим окружность, обозначающую склонение в 30 о и откладываем от неё примерно 5 о вверх. Как видим, мы попали на звезду бета Андромеды.

Стоит отметить, что картой звёздного неба можно пользоваться не только для нахождения координат звёзд, но и для определения вида звёздного неба в интересующий момент времени определённой даты. А также определять моменты восхода и захода звёзд, Солнца или планет.

Один способ мы знаем: по красному смещению. Он годится для очень отдаленных объектов. Зная постоянную Хаббла, то есть скорость разбегания галактик в зависимости от расстояния, и скорость данной галактики, можно оценить расстояние до нее. Но для определения этой постоянной нужно было сначала определить расстояние до различных объектов. А как? Как есть ли еще способы? Есть.

Вообще, Вселенная не может не расширяться, так как статичная вечная Вселенная невозможна. Если предположить линейную зависимость видимой скорости объектов от расстояния, постоянную Хаббла можно оценить и без замера расстояний.

Одним из способов, точнее, классом способов, является метод стандартных свечей. Его смысл в том, чтобы найти объект такого типа, светимость которого нам известна. Тогда по видимой светимости легко определить расстояние.

Мы так делаем во время ночной езды. По яркости фар оцениваем расстояние до встречной машины. Поэтому так опасны тусклые фары, особенно если одна не горит. Ты видишь тусклый одиночный огонек и полагаешь, что встречка далеко – а она близко.

Один пример стандартной свечи мы уже знаем: это сверхновые определенного типа: Ia.

Цефеиды

Но начнем с цефеид. Это класс звезд переменной яркости, и именно их использовал Хаббл. Смысл в том, что яркость такой звезды периодически меняется за период от суток до недель, и период жестко связан с яркостью звезды. Поэтому мы знаем яркость точно.

Это сверхгиганты, размером в 50 раз больше Солнца и в тысячу раз ярче. Яркости их хватает, чтобы их было видно на межгалактических расстояниях, поэтому они позволяют определять расстояние до галактик. При этом в нашей галактике они тоже есть, и их можно изучить.

Механизм пульсаций прост. В атмосфере звезды много ионизированного гелия, который может иметь заряд +1 на ион или +2 (в зависимости от того, отдал атом один или оба электрона). При этом первый вариант непрозрачен, а второй прозрачен. Итак, звезда сравнительно холодная (снаружи), гелиевая оболочка непрозрачна, энергия из недр поглощается, звезда нагревается. Парниковый эффект звездного уровня! Гелий переходит в другую форму, делая атмосферу все прозрачнее. Лучистая энергия покидает звезду, ее яркость резко растет. Атмосфера остывает, гелий забирает один электрон обратно, делаясь непрозрачным. Яркость падает.

Первой такой звездой (первой открытой, а не вообще первой) была дельта Цефеи, отсюда и название. Таких звезд не очень много: так, в Каталоге Переменных Звезд цефеид около семи сотен из 50 тысяч переменных звезд разного типа. Впрочем, Петтини сообщает о нескольких тысячах цефеид только в Большом Магеллановом Облаке…

Полярная звезда тоже цефеида, но с совсем маленькой вариацией светимости.

Вершина ветви красных гигантов

Ещё один метод, относящийся к стандартным свечам. Красные гиганты обладают характерными особенностями: они состоят из водородной оболочки, в которой идет термоядерная реакция синтеза гелия, и гелиевое ядро (зола). По мере накопления гелия, ядро коллапсирует и давление с температурой растут, пока не начнется “гелиевая вспышка”: реакция термоядерного горения самого гелия. В этот момент звезда меняет свой тип, “сходя” с ветви красных гигантов. Ветви здесь – это расположения звезд разных типов на плоскости с осями светимость-температура.

Этот процесс очень быстр и изображается почти разрывной линией. Звезда в этот момент имеет светимость, которая почти не зависит ни от состава, ни от массы, и потому является стандартной свечой. В отличие от цефеид, нет необходимости наблюдать за звездой долго (в течение периода), поэтому число галактик, которые можно так диагностировать, в пять раз больше. С другой стороны, такие звезды менее ярки, чем цефеиды, и потому пригодны на меньших расстояниях. До 20 Мпа работают оба метода, дополняя друг друга.

У метода Стандартных Свечей есть недостаток: он полагается на закон ослабления яркости. Присутствие пыли и газа, например, вносит искажения. Их учитывают, но хотелось бы иметь способ перепроверить. А какие есть методы, не связанные со Стандартными Свечами?

Сверхновые

Да, сверхновые определенного типа могут быть и стандартными свечами, так как зависимость светимости и ее длительности подчинается строгой зависимости. Но мы сейчас о другой стороне дела.

В Большом Магеллановом Облаке вспыхнула сверхновая. Было это в 1987 году, и это самая близкая к нам сверхновая (если у меня не устаревшие сведения). Через 240 дней после вспышки стало видно кольцо звездного вещества, выброшенное на ранней стадии: видимым оно стало после того, как вспышка ультрафиолетового излучения достигла его и ионизировала. Нам известен радиус этого кольца, физический радиус: это расстояние, которое пролетел свет за 240 дней. Знаем мы и угловой размер кольца: 0.85 угловой секунды. Кольцо немного повернуто и видимо как эллипс, но это легко скорректировать. Поделив одну величину на другую, получаем 1.5∙10²¹ метров, или 161 тыс. св. лет, или 48.9 килопарсек.

Метод вращающихся источников

Кратко опишем еще один метод. Пусть вокруг (вблизи) черной дыры в галактике вращаются какие-либо источники излучения (мазеры). Мы видим, как они приближаются, движутся по небу продольно (скажем, влево), потом отдаляются, потом движутся вправо. Мы можем измерить красное смещение при удалении и приближении и определить скорость. Далее, мы можем определить угловую скорость при продольном движении. Поскольку линейная скорость сильно не меняется, то мы можем определить расстояние (поделив скорость на угловую скорость). Так было определено расстояние до галактики NGC 4258, и оно оказалось равным 7.2 Мпа. И это значение очень точно совпало и с расчетом по цефеидам, и с расчетом по красным гигантам.

Соотношение Талли-Фишера

В 1977 году Талли и Фишер обнаружили сильную корреляцию между светимостью спиральной галактики и скоростью вращения. Этот закон укладывается в теорему вириала с предположением о постоянном отношении светимости к массе, но причины универсальности закона пока неясны. Преимущество метода еще и в том, что для разных диапазонов излучения разные регрессии, но все весьма близки к линейной (на самом деле, к экспоненте, но в логарифмическом масштабе получается прямая). Метод позволяет определить расстояние до тысяч галактик с точностью до 5%.

Есть и другие методы. Скажем, рассмотрим малый телесный угол: в него попадает N звезд, которые и обеспечивают его светимость. среднеквадратическое отклонение светимости разных малых телесных углов Вариации светимости по статистическим законам обратно пропорциональны корню из N. Само же N пропорционально квадрату расстояния до галактики. В итоге расстояние обратно пропорционально среднеквадратическому отклонению светимости. Константу прорциональности можно определить на ближайших галактиках.

Можно использовать линзирование: пути света, несущего два изображения, могут отличаться по длине. Если источник переменный, то изображения будут “мигать” несогласованно, и по этой задержке можно определить расстояние и, что более важно, космологическую постоянную.

Есть и другие методы. Таким образом, в нашем распоряжении есть несколько различных методов определения расстояний, позволяющих подкреплять друг друга. Однако все они так или иначе завязаны на какие-то оценки расстояния, и пересмотр этих оценок может повлиять и на все последующие. Хотя именно повлиять, а не опровергнуть, определенная точность все-таки достигнута. Это называется “лестницей расстояний”, и важна прочность каждой ступеньки.

Работа продолжается.

[1] Лекции Петтини по космологии.

Почти каждое созвездие имеет в своем составе хотя бы одну яркую звезду, достойную внимания. В созвездии Цефея таким светилом является, бесспорно, дельта (δ) Цефея. Это одна из тех звезд, которые сыграли выдающуюся роль в истории астрономии.

И вот почему.

Древние астрономы полагали, что небеса неизменны. Нет, в подлунном мире могли происходить разные необычные явления — та же Луна периодически вызывает солнечные затмения. Но в мире звезд все застыло раз и навсегда.

Сегодня такие идеи могут показаться наивными, но в античные времена это была очень обоснованная гипотеза. В самом деле, звезды неподвижны. Очертания созвездий не меняются на протяжении столетий. Яркие звезды остаются яркими, тусклые — тусклыми. В извечной картине звездного неба ничего никогда не происходит, и логично было предположить, что такова сама природа сферы звезд.

Сверхновые звезды

Первый удар по такому мировоззрению нанесли редкие и случайные наблюдения сверхновых звезд. Внезапно на небе появлялась новая, неизвестная звезда, как правило, яркая. Просияв несколько месяцев, звезда затухала и исчезала с небосвода, как-будто ее никогда и не было. В Европе первое серьезное наблюдение сверхновой провел Тихо Браге в 1572 году. (Он наблюдал сверхновую в Кассиопее.) В Китае же звездочеты и астрологи аккуратно фиксировали появления таких звезд задолго до Браге. Например, они подробно описали явление знаменитой сверхновой Тельца в 1054 году. В результате взрыва этой сверхновой родилась знаменитая Крабовидная туманность.

Переменные звезды

Вторым мощным ударом по гипотезе неизменности небес оказались наблюдения переменных звезд. В начале нового времени выяснилось, что не все звезды излучают свет с постоянной мощностью, как настольная лампа. Светимость некоторых колеблется — они светят то ярче, то тусклее. На глаз заметить такие изменения бывает очень сложно, так как блеск меняется плавно и в течение нескольких суток или даже месяцев. (Не нужно путать переменность блеска звезды и ее мерцание, вызванное действием земной атмосферы.)

В 1596 году астроном Фабрициус открыл переменность Миры́ Кита, а через 4 года аналогичную звезду обнаружили в созвездии Лебедя. Оказалось, что мы стоим на пороге чего-то необычного. Звездный мир уже не казался вечным и неизменным. Это было время, когда теория Коперника постепенно завоевывала Европу, когда Джордано Бруно провозгласил звезды — далекими солнцами.

К середине XVIII века было известно всего 6 переменных звезд. Все они, кроме Алголя, были похожи на Миру Кита — долгопериодические светила, то появляющиеся, то исчезающие с небосклона. Но в 1780-х годах все изменилось. Два любителя астрономии из Англии — Эдвард Пиготт и Джон Гудрайк — открыли сразу несколько переменных звезд совершенно другого типа. У них был короткий период и относительно небольшая вариация яркости. Одной из таких переменных была звезда дельта в созвездии Цефея.

Переменность дельты Цефея

Созвездие Цефея чрезвычайно удобно наблюдать в умеренных широтах. На всей территории России и практически везде в Европе оно никогда не заходит за горизонт. Может быть, поэтому Гудрайк (John Goodricke) выбрал для своих целей именно это созвездие.

Гудрайк наблюдал звезды. Но не просто смотрел на них, а как можно точнее пытался определить их блеск. Как это можно сделать, не имея точных приборов? Сравнивая яркость звезд друг с другом на глаз! Оказывается, если делать это с умом, то обычный человеческий глаз можно превратить в весьма точный и тонкий инструмент.

В 1782 году с помощью глазомерных оценок блеска Гудрайк подробно исследовал переменность Алголя, знаменитой звезды Дьявола в созвездии Персея. А что, если на небе не одна такая звезда? Действительно, вскоре под подозрение попала звезда дельта в созвездии Цефея. Ее свет казался то ярче, то слабее. В течение ночи эти вариации не были особенно заметны, но вот две и больше ночей наблюдений говорили о них со всей ясностью.

Гудрайк не только убедился в том, что дельта Цефея регулярно изменяет блеск, но и нашел период изменения. Он оказался равным 5 с четвертью суток. Наиболее поразительно было то, что звезда вела себя как хорошо отлаженный механизм. В течение примерно 1,5 суток блеск ее достигал максимума, а затем плавно затухал. После чего цикл повторялся заново. А вот так выглядит изменение блеска дельты Цефея на графике.

Не правда ли, эта правильная кривая немного напоминает синусоиду?

Природа цефеид

Со временем оказалось, что дельта Цефея лишь одна из множества звезд, ведущих себя похожим образом. Такие переменные звезды были названы цефеидами. (Кстати, не совсем справедливо, ведь первую подобная звезда, эта Орла, была открыта на месяц раньше Пиготтом. Поэтому звезды типа дельты Цефея правильнее было бы называть «орлидами».)

Какова природа цефеид? Практически сразу было подмечено, что период изменения блеска цефеид практически не меняется с течением времени. Быстрый набор яркости и относительно медленное затухание было также общим свойством цефеид. Выяснить причину изменений яркости помогли астрофизические методы.

Оказалось, что одновременно с блеском меняется, цвет и температура звезды. Естественно, изменяется и спектральный класс — от F к G и обратно. Все цефеиды — звезды-сверхгиганты. Их светимость превышает солнечную в тысячи и десятки тысяч раз. Амплитуда изменения блеска составляет 1-2^m, то есть мощность излучения меняется за считанные дни в 2 — 6 раз. Только представьте, если бы наше Солнце вело себя на небе подобным образом!

Цефеиды — пульсирующие звезды. Они то вырастают в размерах, то сжимаются. Подобно сердцу, они пульсируют очень ритмично. Период пульсации можно вычислить вплоть до секунды. Пульсируют при этом только протяженные атмосферы цефеид. При сжатии они разогреваются, а при расширении охлаждается. Когда атмосфера разогрета почти до максимума, а размер цефеиды близок к минимальному, она достигает максимума блеска. Когда же звезда расширилась и остыла, ее блеск на небе находится возле минимума.

Факты о дельта Цефея

Тип: желтый сверхгигант
Спектральный класс: F5 Iab (изменяется от F5Ib до G2Ib)
Масса: 4,5 массы Солнца
Радиус: 44,5 солнечных
Светимость: 500 — 2000 светимостей Солнца
Возраст: около 100 миллионов лет.
Расстояние: ~900 световых лет

Как наблюдать дельту Цефея

Убедиться в том, что дельта Цефея изменяет свой блеск регулярно и строго периодично, может каждый. Для этого достаточно взять минимум две звезды сравнения, одна из которых немного ярче дельты Цефея, а другая немного слабее. После чего нужно регулярно сравнивать блеск дельты Цефея с блеском звезд сравнения.

Феликс Зигель в книге «Сокровища звездного неба» так описывал метод наблюдения дельты Цефея:

«Если вы захотите сами убедиться в переменности δ Цефея, вам в какой-то степени придется повторить работу Гудрайка. Впрочем, не пугайтесь: сделать это сравнительно легко. Поблизости от дельты Цефея видны звезды дзета (3,6^m), эпсилон (4,2^m), и ню (4,5^m). Будем сравнивать блеск звезды с блеском этих постоянных «звезд сравнения». Допустим, что в момент наблюдения дельта Цефея явно слабее дзеты, но ярче эпсилон. Разделим мысленно интервал блеска между звездами сравнения на 10 равных частей и попробуем оценить, каково положение в этом интервале переменной звезды. Если, скажем, δ Цефея во столько же раз слабее во сколько раз ярче эпсилон, то оценку блеска надо записать так: ζ5δ5ε. В другие могут получиться иные оценки, например: ζ3δ7ε или ζ6δ4ε. Зная звездные величины ζ и ε, легко пропорциональным делением вычислить блеск переменной. Иногда δ Цефея становится слабее ε; и тогда звездами сравнения могут служить ζ и ν или ε и ν.

Сделав в течение двух-трех недель десяток оценок, постройте график изменения блеска звезды δ Цефея: по его горизонтальной оси отложите моменты времени, по вертикальной — видимый блеск. Чем больше будет сделано наблюдений, тем более явным станет периодический характер изменения блеска Цефея».

Как найти дельту Цефея на небе?

Наблюдать δ Цефея можно круглый год. Чтобы найти ее, нужно вначале отыскать созвездие Цефея (читайте подробнее о положении Цефея на небе).

Основной рисунок созвездия — что-то вроде домика с островерхой крышей. Цефей находится правее созвездия Кассиопеи, рядом с Полярной звездой.

Дельта Цефея — звезда, расположенная рядом с основанием «домика», у его восточного (левого) края. Посмотрите на рисунок ниже: здесь расположен небольшой почти равнобедренный треугольник из трех звезд, и δ Цефея находится в его вершине.

Здесь же находятся и упомянутые выше звезды сравнения: дзета (ζ) и эпсилон (ε) входят в состав этого треугольника, а звезда ню (ν) находится на линии основания «домика» Цефея между звездами эпсилон и альфа.

Сразу скажем, на городском небе дельта Цефея видна с большим трудом. Для наблюдения звезды лучше выбраться за город — туда, где не мешают фонари. Впрочем, и в городской черте можно найти приемлемые условия в том случае, если воздух прозрачный. Это может быть парк, берег реки, балкон. Самое главное, оказаться в стороне или выше уличного освещения.

Дельта Цефея в телескоп

Немногие знают, что дельта Цефея — двойная звезда. Ее двойственность заметна уже в бинокль, а в телескоп пару светил можно рассмотреть подробнее. Спутник дельты Цефея — голубая звездочка класса B5III, которая находится на расстоянии около 11000 а. е. от главной звезды. Блеск спутника примерно равен 7-й величине.

Это легкая пара, доступная для наблюдения в любой любительский телескоп.

Звезды-маяки

В самом начале статьи было упомянуто, что дельта Цефея сыграла большую роль в истории астрономии. Правильнее было сказать, не дельта Цефея, а цефеиды вообще. Изучение этих звезд не только продвинуло теоретическую астрофизику и наше общее понимание внутреннего устройства звезд, но и позволило измерять космические расстояния.

Удалось это сделать благодаря выдающемуся открытию, которое в начале XX века сделала гарвардский астроном Генриетта Ливитт. Изучая цефеиды в Малом Магеллановом Облаке, она обнаружила, что период изменения блеска зависит от светимости этих звезд. Чем выше светимость, тем больше период переменности.

А теперь представьте себе, что все маяки одинаковой мощности подмигивают с одинаковым периодом. Чем ярче маяк, тем больше времени проходит между вспышками. Тогда, наблюдая за самым далеким маяком, можно понять, какой он яркости, просто посчитав время между вспышками. Если затем измерить его видимую яркость, можно узнать, насколько далеко он от нас находится!

Примерно так, используя в качестве маяков цефеиды, астрономы смогли узнать расстояния до ближайших галактик.

Post Views:
3 071

Практическая работа № 1

Тема: Изучение звёздного неба с помощью подвижной карты звёздного неба

Цель: познакомиться с подвижной картой звёздного неба,

            научиться определять условия видимости созвездий

            научиться определять координаты звезд по карте

Ход работы:

Теория.

Вид звёздного неба изменяется из-за суточного вращения Земли. Изменение вида звёздного неба в зависимости от времени года происходит вследствие обращения Земли вокруг Солнца. Работа посвящена знакомству со звёздным небом, решению задач на условия видимости созвездий и определении их координат.

Подвижная карта звёздного неба изображена на рисунке.

(Распечатать)

Перед началом работы распечатать подвижную карту звездного неба, овал накладного круга вырезать по линии, соответствующей географической широте места наблюдения. Линия выреза накладного круга будет изображать линию горизонта. Звёздную карту и накладной круг наклеить на картон. От юга к северу накладного круга натянуть нить, которая покажет направление небесного меридиана.

На карте:

• звёзды показаны чёрными точками, размеры которых характеризуют яркость звёзд;
• туманности обозначены штриховыми линиями;
• северный полюс мира изображён в центре карты;
• линии, исходящие от северного полюса мира, показывают расположение кругов склонения. На звёздной карте для двух ближайших кругов склонения угловое расстояние равно 1 ч;
• небесные параллели нанесены через 30°. С их помощью можно произвести отсчёт склонение светил δ;
• точки пересечения эклиптики с экватором, для которых прямое восхождение 0 и 12 ч., называются точками весеннего g и W равноденствий;
• по краю звёздной карты нанесены месяцы и числа, а на накладном круге – часы;
• зенит расположен вблизи центра выреза (в точке пересечения нити, изображающей небесный меридиан с небесной параллелью, склонение которой равно географической широте места наблюдения).

Для определения местоположения небесного светила необходимо месяц, число, указанное на звёздной карте, совместить с часом наблюдения на накладном круге.

Небесный экватор — большой круг небесной сферы, плоскость которого перпендикулярна оси мира и совпадает с плоскостью земного экватора. Небесный экватор делит небесную сферу на два полушария: северное полушарие, с вершиной в северном полюсе мира, и южное полушарие, с вершиной в южном полюсе мира. Созвездия, через которые проходит небесный экватор, называют экваториальными. Различают созвездия южные и северные.

Созвездия Северного полушария: Большая и Малая Медведицы, Кассиопея, Цефей, Дракон, Лебедь, Лира, Волопас и др.

К южным относятся Южный Крест, Центавр, Муха, Жертвенник, Южный Треугольник.

Полюс мира — точка на небесной сфере, вокруг которой происходит видимое суточное движение звёзд из-за вращения Земли вокруг своей оси. Направление на Северный полюс мира совпадает с направлением на географический север, а на Южный полюс мира — с направлением на географический юг. Северный полюс мира находится в созвездии Малой Медведицы с поляриссимой (видимая яркая звезда, находящаяся на оси вращения Земли) — Полярной звездой, южный — в созвездии Октант.

Туманность — участок межзвёздной среды, выделяющийся своим излучением или поглощением излучения на общем фоне неба. Ранее туманностями называли всякий неподвижный на небе протяжённый объект. В 1920-е годы выяснилось, что среди туманностей много галактик (например, Туманность Андромеды). После этого термин «туманность» стал пониматься более узко, в указанном выше смысле. Туманности состоят из пыли, газа и плазмы.

Эклиптика — большой круг небесной сферы, по которому происходит видимое годичное движение Солнца. Плоскость эклиптики — плоскость обращения Земли вокруг Солнца (земной орбиты).

В зависимости от места наблюдателя на Земле меняется вид звездного неба и характер суточного движения звезд. Cуточные пути светил на небесной сфере — это окружности, плоскости которых параллельны небесному экватору.

Рассмотрим, как изменяется вид звездного неба на полюсах Земли. Полюс — это такое место на земном шаре, где ось мира совпадает с отвесной линией, а небесный экватор — с горизонтом.

Для наблюдателя, находящегося на Северном полюсе Земли, Полярная звезда будет располагаться в зените, звёзды будут двигаться по кругам, параллельным математическому горизонту, который совпадает с небесным экватором. При этом над горизонтом будут видны все звёзды, склонение которых положительно (на Южном полюсе, наоборот, будут видны все звезды, склонение которых отрицательно), а их высота в течение суток не будет изменяться.

Переместимся в привычные для нас средние широты. Здесь уже ось мира и небесный экватор наклонены к горизонту. Поэтому и суточные пути звёзд также будут наклонены к горизонту. Следовательно, на средних широтах наблюдатель сможет наблюдать восходящие и заходящие звёзды.

Под восходом  понимается явление пересечения светилом восточной части истинного горизонта, а под заходом — западной части этого горизонта.

Помимо этого, часть звёзд, располагающихся в северных околополярных созвездиях, никогда не будут опускаться за горизонт. Такие звёзды принято называть незаходящими.

А звёзды, расположенные около Южного полюса мира для наблюдателя на средних широтах будут являться невосходящими.

Отправимся дальше — на экватор, географическая широта которого равна нулю. Здесь ось мира совпадает с полуденной линией (то есть располагается в плоскости горизонта), а небесный экватор проходит через зенит.

Суточные пути всех, без исключения, звёзд перпендикулярны горизонту. Поэтому находясь на экваторе, наблюдатель сможет увидеть все звёзды, которые в течение суток восходят и заходят.

Вообще, для того, чтобы светило восходило и заходило, его склонение по абсолютной величине должно быть меньше, чем  .

Если  , то в Северном полушарии она будет являться незаходящей (для Южного — невосходящей).

Тогда очевидно, что те светила, склонение которых  , являются невосходящими для Северного полушария (или незаходящими для Южного).

Экваториальная система координат — это система небесных координат, основной плоскостью в которой является плоскость небесного экватора.

Экваториальные небесные координаты:

1. Склонение (δ) — угловое расстояние светила М от небесного экватора, измеренное вдоль круга склонения. Обычно выражается в градусах, минутах и секундах дуги. Склонение положительно к северу от небесного экватора и отрицательно к югу от него. Объект на небесном экваторе имеет склонение 0°. Склонение северного полюса небесной сферы равно +90° Склонение южного полюса равно −90°.

2. Прямое восхождение светила (α) — угловое расстояние, измеренное вдоль небесного экватора, от точки весеннего равноденствия до точки пересечения небесного экватора с кругом склонения светила.

Последовательность выполнения практической работы:

Задачи практической работы:

Задача 1. Определите экваториальные координаты Альтаира (α Орла), Сириуса (α Большого Пса) и Веги (α Лиры).

Задача 2. Используя карту звёздного неба, найдите звезду по её координатам: δ = +35о; α = 1ч 6м.

Задача 3. Определите, какой является звезда δ Стрельца, для наблюдателя, находящего на широте 55о 15ʹ. Определить, восходящей или невосходящей является звезда двумя способами: с использованием накладного круга подвижной карты звездного неба и с использованием формул условия видимости звезд.

Практический способ. Располагаем подвижный круг на звездной карте и при его вращении определяем, является звезда восходящей или невосходящей.

Теоретичекий способ.

Используем формулы условия видимости звезд:

Если , то звезда является восходящей и заходящей.

Если , то звезда в Северном полушарии является незаходящей

Если , то звезда в Северном полушарии является невосходящей.

Задача 4. Установить подвижную карту звёздного неба на день и час наблюдения и назвать созвездия, расположенные в южной части неба от горизонта до полюса мира; на востоке – от горизонта до полюса мира.

Задача 5. Найти созвездия, расположенные между точками запада и севера, 10 октября в 21 час. Проверить правильность определения визуальным наблюдением звёздного неба.

Задача 6. Найти на звёздной карте созвездия с обозначенными в них туманностями и проверить, можно ли их наблюдать невооруженным глазом глазом на день и час выполнения лабораторной работы.

Задача 7. Определить, будут ли видны созвездия Девы, Рака. Весов в полночь 15 сентября? Какое созвездие в это же время будет находиться вблизи горизонта на севере?

Задача 8. Определить, какие из перечисленных созвездий: Малая Медведица, Волопас, Возничий, Орион – для вашей широты будут незаходящими?

Задача 9. На карте звёздного неба найти пять любых перечисленных созвездий: Большая Медведица, Малая Медведица, Кассиопея, Андромеда, Пегас, Лебедь, Лира, Геркулес, Северная корона – и определить приближённо небесные координаты (склонение, и прямое восхождение) a-звёзд этих созвездий.

Задача 10. Определить, какие созвездия будут находиться вблизи горизонта на Севере, Юге, Западе и Востоке 5 мая в полночь.

Контрольные вопросы для закрепления теоретического материала к практическому занятию:

1. Что такое звёздное небо? (Звёздное небо – множество небесных светил, видимых с Земли ночью, на небесном своде. В ясную ночь человек с хорошим зрением увидит на небосводе не более 2—3 тысяч мерцающих точек. Тысячи лет назад древние астрономы разделили звездное небо на двенадцать секторов и придумали им имена и символы, под которыми они известны и поныне.)

2. Что такое созвездия? (Созвездия –  участки, на которые разделена небесная сфера для удобства ориентирования на звёздном небе. В древности созвездиями назывались характерные фигуры, образуемые яркими звёздами. )

3. Сколько на сегодняшний день созвездий? (Сегодня есть 88 созвездий. Созвездия различны по занимаемой площади на небесной сфере и количеству звезд в них.)

4. Перечислить основные созвездия или те, которые вы знаете. (Существуют большие созвездия и маленькие. К первым относятся Большая Медведица, Геркулес, Пегас, Водолей, Волопас, Андромеда. Ко вторым – Южный Крест, Хамелеон, Летучая Рыба, Малый Пёс, Райская Птица. Конечно, мы назвали лишь малую толику, наиболее известные.)

5. Что такое карта неба? ( Это изображение звёздного неба или его части на плоскости. Карту неба астрономы разделили на 2 части: южную и северную (по аналогии с полушариями Земли.)

6. Что такое небесный экватор? (Большой круг небесной сферы, плоскость которого перпендикулярна оси мира и совпадает с плоскостью земного экватора.)

По окончанию практической работы студент должен представить отчет.

Отчёт должен включать ответы на все указанные пункты порядка выполнения работы и ответы на контрольные вопросы.

Список литературы

1. Воронцов-Вельяминов Б. А., Страут Е. К. «Астрономия. 11 класс». Учебник с электронным приложением — М.: Дрофа, 2017

2. Р. А. Дондукова «Изучение звёздного неба с помощью подвижной карты» Руководство по проведению лабораторных работ М.: «Высшая школа» 2000