Основы практической астрономии
реклама
А с тр о н о м и я служ и т о сн о во ю к а л е н д ар е й , о н а р а с п р е д е л я е т зем л е д е л ь ч е с к и е р а б о т ы , н а п р а в л я е т к о р а б л ь п о н е и зв е д а н н ы м во лн ам , служ и т зал о го м и с т о р и и , н а н ей о с н о в а н ы н а р о д н ы е п р а зд н и к и , ею н а ч и н а ю т с я л е т о п и с и н а ц и й . К. Фламмарион. И стория неба Основы практической астрономии 1.1. Звездное небо ? 1.1.1. Что изучает наука астрономия? Ы Астрономия — фундаментальная наука, изучающая строение, дви­ жение, происхождение и развитие небесных тел, их систем и всей Вселенной в целом. Астрономия зародилась в глубокой древности в связи с потребно­ стью измерять время и предсказывать смену времен года, а также ориенти­ роваться во время путешествий. В процессе развития астрономии в ней выделился ряд крупных разделов и подразделов (астрометрия, практиче­ ская астрономия, сравнительная планетология, небесная механика, астро­ физика, радиоастрономия, космология и др.). ? 1.1.2. Какие астрономические объекты и в какой примерно последо­ вательности изучались учеными на протяжении становления и развития астрономии? 5 f fl Правильные научные представления появились вначале о Земле (форма, размеры), затем о строении Солнечной системы, законах движ е­ ния планет, расстояниях до звезд, физической природе Солнца и звезд, строении нашей Галактики, существовании других галактик, расстоянии до них, М етагалактике и, наконец, о строении и эволюции Вселенной. ? 1.1.3. Что мы понимаем поднебесной сферой и с какой целью введено это понятие? Ш Н ебесная сф ера — в о о б р а ­ ж аем ая сфера произвольного радиу­ са, центр которой в зависимости от решаемой задачи совмещается с той или иной точкой пространства (глаз на­ блюдателя, центр Земли, центр С олн­ ца и т. д.). На поверхность небесной сферы проецируют видимые-положе­ ния всех небесных светил, а для удоб­ ства измерений строят ряд точек и л и ­ ний. Положение небесных светил на сфере описывается небесными коорди­ натами. Основными точками и линиями небесной сферы являются (рис. 1.1.1): О — центр небесной сферы (место нахождения наблюдателя); PN — Северный полюс мира; Р§ — Южный по­ люс мира; PNPS — ось мира (полярная ось); Z — зенит; Z' — надир; Е — восток; W — запад; N — север; S — юг; Q — верхняя точка небесного эк ­ ватора; Q' —; нижняя точка небесного экватора; ZZ' — вертикальная л и ­ ния; PN MPS — круг склонения; ZM Z' — круг высоты; N S — полуденная линия; М — светило на небесной сфере. ? 1.1.4. В какую сторону происходит кажущееся суточное движение звезд в полярных областях неба? Ш Звезды вблизи Северного полюса мира (около Полярной звезды) движутся по небосводу против часовой стрелки; звезды вблизи Южного полюса мира — по часовой стрелке. ? 1.1.5. По какой причине происходит наблюдаемое явление суточно­ го движения звезд? Ш Кажущееся видимое суточное движение звезд отраж ает действи­ тельное вращение земного шара вокруг своей оси. 6 ? 1.1.6. Где находится наблюдатель и в какую сторону он смотрит, если звезда восходит из-за горизонта перпендикулярно ему? Ш Наблюдатель смотрит в восточную сторону и находится вблизи гео­ графического экватора. ? 1.1.7. Совпадает ли положение Полярной звезды с Северным полю­ сом мира? Ш Нет. П олярная звезда отстоит от Северного полюса мира на угло­ вом расстоянии около 1°. ? 1.1.8. Что такое созвездие? Сколько созвездий на небе? Ш Исторически созвездие возникло как определенная конфигурация звезд. Сейчас это определенный участок небесной сферы, включающий эту конфигурацию звезд. Все небо разделено на 88 созвездий, из них 29 на­ ходится в северном полушарии, 47 в южном и 12 расположены по обе сто­ роны небесного экватора. ? 1.1.9. Звездное небо разделено на 88 созвездий — площадок разных размеров и форм, которые полностью покрывают небосвод. Однако если взять карту звездного неба и пересчитать эти площадки, то их окажется не 88, а 89. В чем здесь дело? Ш В этом «виновато» созвездие Змеи. Д ело в том, что созвездие Змеи состоит из двух отдельных частей, раз­ деленных созвездием Змееносца. С об­ ственно созвездие Змеи состоит из двух частей — головы и хвоста, расположенных слева и справа от Змееносца отдельными площадками. На старинных звездных .картах и в звездных а т ­ ласах созвездия Змеи и Змееносца изображались в виде человека, сж и­ мающего огромную змею, которая извивается в его руках (рис. 1.1.2). ? 1.1.10. Почему большинство ярких созвездий северного неба назва­ но в честь древнегреческих героев или мифических персонажей (К ассио­ пея, Цефей, Андромеда, Персей, Орион, Стрелец, Зм ееносец и др.)? Щ Это наследие античных астрономов. Созвездия с менее яркими зв е з­ дами названы европейскими астрономами в XVI—XVIII веках. 7 Созвездия — это памятники древней культу­ ры человека, его мифологии, его первого интере­ са к звездам. В 275 году до н. э. древнегреческий поэт Арат Солийский (ок. 3 1 5 —239 до н. э.) — рис. 1.1.3 — в дидактической поэме «Явления» описал известные ему созвездия. Четыре века спустя астроном и математик Клавдий Птолемей создал «Альмагест», в котором указаны полож е­ ния ярчайших звезд в 48 созвездиях (преимущ е­ ственно северного неба). Из них 47 сохранили свои имена до наших дней, теперь мы называем эти созвездия древними. ? 1.1.11. Названия подавляющего большинства созвездий, видимых в северном полушарии Земли, перешли к нам от древнегреческой астроно­ мии и заимствованы из мифов и легенд той далекой эпохи. А как получили свои названия созвездия южного полушария Земли? Ш В эпоху Возрождения, в XV—XVI веках, европейцы начали прокладывать морские пути в южном земном полушарии. Там передними пред­ стало звездное небо, невидимое в Европе, и для ориентации своих кораблей они стали объединять звезды южного неба в созвездия. В звездном атласе «Уранометрия», изданном в 1603 году немецким астрономом Иоганном Байером (1 5 7 2 —1625), впервые изображены созвездия южного неба с их названиями. Эти названия уже не имеют ничего общего с древнегреческой мифологией, а заимст­ вованы из обнаруженной и ранее неизвестной им природы: Золотая Рыба, Летучая Рыба, Павлин, Райская Птица, Хамелеон и др. В середине XVIII века началось интенсивное изучение южного звездного неба европейскими астрономами, в частности французом Николя Луи д еЛ ак ай л ем ( 1713—1762) — рис. 1.1.4, и создан­ ные воображением новые созвездия получили более современные названия: Компас, Микроскоп, Насос, Телескоп, Часы, Циркуль и др. ? 1.1.12. Созвездия получали названия, некоторые из названий заб ы ­ вались и созвездия получали новые имена... Приведите примеры, когда со­ звездия получали новые имена или переименовывались. 8 Ш Процесс подразделения звездного неба на созвездия неоднозначен. Разные народы создавали для себя разные названия созвездий. В течение веков вносились коррективы, в результате которых некоторые созвездия забыты и на их месте существует несколько других. Н аиболее известный пример из забытых созвездий — созвездие Корабль «Арго» (рис. 1.1.5). В XVIII веке французским астрономом Лакайлем это созвездие было р аз­ делено на четыре небольших по размеру созвездия: Киль, Корма, Паруса и Компас. Попыток изменить существующее деле­ ние небесной сферы было много и делались они в разных масштабах. История астро­ номии сохранила многочисленные примеры этого — от небольшого нового созвездия, втиснутого в угоду какому-нибудь прави­ телю в уголок между существующими со ­ звездиями, до полной реформы деления небосвода (предлагалось, наприм ер, с о ­ звездия Зодиака заменить изображениями 12 апостолов или же названиями 12 чело­ веческих добродетелей и т. п.). Некоторое время на небосводе мелькали созвездие «Бы ка Понятовского» (в честь польского короля Станислава Августа Понятовского), созвездие «Дуб Карла» (в честь короля Англии Карла II), созвездие «Брандербургский Скипетр» и т. д. Кчести астрономиче­ ского сообщества скипетры, флаги, гербы и другие символы власти и славы не удержались на небе. Античную традицию никому всерьез поколебать не удалось, и мы до сих пор видим над собой небо Клавдия П толемея с неболь­ шими дополнениями, которыми мы обязаны в основном Байеру, Гевелию и Лакайлю. Для того чтобы устранить несоответствия и прекратить путаницу с коли­ чеством, названиями и границами созвездий, а также периодическими попыт­ ками переименовать созвездия, в 1922 году Международный астрономиче­ ский союз четко зафиксировал названия 88 созвездий, покрывающих всю небесную сферу. В это же время кроме латинских наименований были введены трехбуквенные обозначения, предложенные Эйнаром Гецшпрунгом и Генри Ресселом. Например, созвездие Близнецы в латинском написании — Gemini, сокращенное обозначение — Gem . П озже были приняты и четырехбук­ венные обозначения созвездий, но ими пользуются крайне редко. 9 ? 1.1.13. Разные народы создавали своим воображением различные по виду созвездия, а если случайно контуры созвездий совпадали, то, есте­ ственно, именовали их по-разному. Всем хорошо знакомую группу из семи ярких звезд, напоминающую очертание ковша, древние греки назвали Боль­ шой Медведицей. На всех звездных картах и поныне эта группа звезд имену­ ется Большой Медведицей. А как называли это созвездие другие народы? Ш В Древней Руси это же созвездие имело раз­ ные названия: Воз, Колесница, Кастрюля, Ковш; народы, населявшие территорию Украины, назы ­ вали его Телегой; в Заволжье оно звалось Боль­ шим Ковшом, а в Сибири — Лосем и т. д. По аналогии называли и Малую Медведицу. Часто оба созвездия объединяли в одно. Древние наро­ ды, населявшие территорию Казахстана, наблю­ дая звездное небо, как и другие народы, обратили внимание на неподвижность Полярной звезды, всегда занимающей одно и то же положение над горизонтом. Вполне естественно, что эти народы, основным родом занятий которых было коневодство, назвали Полярную звезду Ж елезным гвоздем (Темир-казык), вбитым в небо, а в цепочке со­ седних звезд видели привязанный к этому гвоздю аркан, надетый на шею Коня, обегавшего в течение суток свой путь вокруг гвоздя (рис. 1.1.6). ? 1.1.14. Известно, что созвездие — это уча сток звездного неба с характерной наблюдаемой группировкой звезд. А каким образом были опре­ делены границы этих участков? Щ Провести границы участков неба, относя­ щихся к определенным созвездиям, оказалось не так просто. Решено было сделать их ломаными прямыми, проходящими только по линиям равных склонений и прямых восхождений (так легче з а ­ крепить их в математической форме). При проведе­ нии границ астрономы стремились сохранить ис­ торическую преемственность и по возможности не допустить попадания звезд с собственными имена­ ми и общепринятыми обозначениями в «чужие» созвездия. В 1928 году Международный астрономический союз утвердил границы созвездий. В 1930 году бельгийский астроном Эжен Дельпорт 10 (1 8 8 2 —1955) — рис. 1.1.7 — опубликовал карты и подробное описание новых границ созвездий. После этого еще вносились некоторые коррективы и уточнения, и только в 1935 году «раздел» неба был закончен окончательно. ? 1.1.15. Какие созвездия занимают наибольшую и какие наимень­ шую площади на небесной сфере? Ш Наибольшие площади: Гидра (1303 кв. градуса), Д ева (1294 кв. гра­ дуса), Большая Медведица (1279 кв. градусов). Наименьшие площади: Южный Крест (68 кв. градусов), М алый Конь (72 кв. градуса), Стрела (80 кв. градусов). ? 1.1.16. Какое из созвездий имеет наибольшую протяженность на небесной сфере? Ы Созвездие Гидры. Гидра, как мы видели, — также самое большое по площади из 88 созвездий неба, растянувшееся от Большого Пса до Весов. Названо в честь мифической Гидры — страшного зверя, побеж­ денного Гераклом (рис. 1.1.8). ? 1.1.17. Какие из созвездий носят названия физических и астрономи­ ческих приборов, инструментов? Найдите эти созвездия на звездной карте. Ш Весы (в «Альмагесте» Птолемея это созвездие описано как «клеш ­ ни» Скорпиона; до сих пор звезды а и (3 Весов называют Южной и С евер­ ной Клешнями). Телескоп. Секстант (название созвездия было введено Гевелием как Небесный Секстант). О ктант. М икроскоп. Насос (первона­ чально Л акайль этому созвездию дал название Воздушный Насос). Компас (первоначально было введено Лакайлем под названием Компас М ореплава­ теля). Ч асы . Печь (созвездие вначале было названо Лакайлем Химическая Печь). Сетка (название созвездия было введено Л акайлем как Ромбои­ дальная Сеть — один из старинных астрономических приборов). Н ауголь­ ник (так назывался угломер). Треугольник. Циркуль. ? 1.1.18. Какие из созвездий носят названия птиц? Найдите эти со­ звездия на звездной карте. Ш Ворон, Голубь, Ж уравль, Лебедь, Орел, Павлин, Тукан. Следует назвать и мифических птиц: Райская Птица, Феникс. 11 \ ? 1.1.19. Сохраняются ли известные на Земле конфигурации созвез­ дий при наблюдении их с поверхности М арса? Ш Сохраняются при наблюдении с любой планеты, так как звезды слишком далеки по сравнению с межпланетными расстояниями. ? 1.1.20. В нашей Галактике более 100 млрд звезд'. Около 0,004 % из них занесено в каталоги. Остальные безымянны и даже не пронумерованы. А как звезды получили свои имена? Щ Самые яркие звезды у каждого народа получали свои имена. Многие из ныне употребляющихся, например Альдебаран, Алголь, Денеб, Ригель, имеют арабское происхождение. Сейчас астрономам известно 275 истори­ ческих имен звезд; часто они связаны с названиями своих созвездий. Так, имя звезды Бетельгейзе (в созвездии Ориона) означает «плечо гиганта», Д енебола (созвездие Л ьва) — «хвост льва» и т.д. Некоторые выдающиеся звезды носят имена астрономов, впервые описавших их уникальные свой­ ства. Например, звезда Барнарда названа в честь американского астронома Эдуарда Эмерсона Барнарда, а звезда Каптейна — в честь нидерландского астронома Якобуса Корнелиуса Каптейна. ? 1.1.21. В древнем Египте звезду называли Сотис. А каково ее совре­ менное название? Ш Сириус. ? 1.1.22. Ученик занимался коллекционированием изображений ф ла­ гов различных государств. Часть флагов он систематизировал по признаку, связанному с астрономией, — флаги Бутана, Замбии, Папуа — Новой Гвинеи, Фиджи, Ш ри-Ланки, Турции и др. Что общего у всех этих флагов? Ш На флагах ряда стран изображены символы звезд, Солнца (рис. 1.1.9) и Луны (рис. 1.1.10). На звездной карте есть созвездия Голубя, Дракона, Л ьва, Орла и Райской Птицы. Эти же реальные и фантастические предста­ вители животного мира также изображены на флагах некоторых стран: го­ лубь на флаге Фиджи, дракон на флаге Бутана, лев на флаге Ш ри-Ланки, 12 орел на флаге Зам бии и т. д. И зображ ение звезд есть на флагах многих государств, например, США и Китая. Созвездие Ю жный Крест украшает флаги Австралии (рис. 1.1.11), Новой Зеландии, Самоа, Папуа — Новой Гвинеи и т. д. ? 1.1.23. Как обозначаются звезды по системе Байера? Ш В системе, предложенной в 1603 году немецким астрономом Иоганном Байером (1 5 7 2 —1625), название звезды состоит из двух частей: из назва­ ния созвездия, которому принадлежит звезда, и буквы греческого алфавита. При этом первая буква греческого алфавита а соответствует самой яркой звезде в созвездии, (3 — второй по яркости звезде и т. д. Например, Р и ­ гель — (3 Ориона — звезда второй величины в созвездии Ориона. Вместе с тем , следует отметить, что более поздние и точные измерения показали: в некоторых случаях кажущийся глазу блеск звезды слабее или ярче дейст­ вительного, и, например, звезда (3 на самом деле слабее звезды у, — она все равно оставалась р. А семизвездье «ковш а» Большой Медведицы и во­ все первоначально обозначили по порядку — от края «чаш и» к «ручке», так что самая тусклая звезда в нем 8, а самая яркая — е. ? 1.1.24. В системе обозначений звезд в созвездиях по Байеру исполь­ зовались греческие буквы. Но греческих букв только 24, а количество звезд во многих созвездиях в несколько раз превыш ает эту цифру. Каким образом был найден выход из положения? Ы Действительно, например, только в созвездии Л ебедя невооружен­ ным глазом можно увидеть около 150 звезд. Поэтому слабые звезды, для которых не хватило букв греческого алфавита, стали обозначать строчными буквами латинского алфавита. Если же и их было недостаточно, то более слабые звезды решили обозначать арабскими цифрами. И з таких номер­ ных звезд можно упомянуть Звезду 6 1-ю из созвездия Лебедя. Она — одна из ближайших к нашей Солнечной системе. Больш инство ж е слабых звезд, наблюдаемых в телескопы, никаких специальных обозначений не имеют. ? 1.1.25. Английского астронома Уильяма Гершеля (1 7 3 8 —1822) — рис. 1.1.12 — современники прозвали «королем звездного неба» за то, что он занялся исследованием распределения звезд на небе. Д ля этого он подсчитывал количество звезд, видимых в разных направлениях. Каким образом Гершель пересчитал неимоверное количество звезд? Ш Разумеется, пересчитать все звезды, видимые в телескоп, невоз­ можно. Гершель, по его собственному выражению, «черпал» звезды из глубин Вселенной только в отдельных местах, расположенных на небе в шахматном порядке. С помощью телескопа, направленного на нужный 13 участок неба, «вы резался» кусочек неба величиной с четверть площади лунного диска. В одних «черпках» попадалось всего-навсего несколько звезд (которые давала возможность рассмотреть оптика самодельного 30-сантиметрового объектива телескопа), в дру­ гих — звезды насчитывались сотнями и даже тыся­ чами. Гершель сделал 1083 «черпка». Подведя итоги 30-летних исследований, ученый в 1786 го­ ду пришел к выводу, что звезды (как это и пред­ ставляется невооруженному глазу) более плотно расположены поблизости и особенно в самом Млечном Пути, образуя единую сжатую звезд­ ную систему. Поданным вычислений, ее диаметр оказался якобы в пять раз больше толщины. Звездная система предстала исследователю со ­ вершенно обособленной в пространстве, похо­ жей на гигантский звездный остров (рис. 1.1.13). Исследования Гершеля стали первой ступень­ кой к изучению звездных миров — галактик. ? 1.1.26. Среди созвездий есть и такие, которые расположены в околополярной области неба, т. е. поблизости от Северного полюса мира. С территории нашей страны они видны над горизонтом в любое время года. Какие это созвездия? Щ Это — М алая Медведица, Кассиопея, Цефей, Дракон, Ж ираф , Ящерица, Большая Медведица (южная часть ее иногда заходит за горизонт). ? 1.1.27. Как ориентироваться на местности по Полярной звезде? Ш Полярная звезда указывает направление на север. Перпендикуляр, опущенный от Полярной звезды на линию горизонта, дает точку пересече­ ния, являющуюся точкой севера (с ошибкой около одного градуса). ? 1.1.28. Где на звездном небе находятся летний и зимний треугольники? Ш Три самые яркие звезды летнего ночного неба: Вега ( а Л иры), Д е ­ неб ( а Лебедя), Альтаир (ос О рла) образуют вершины треугольника — 14 господствующей конфигурации ярких звезд этого сезона года (рис. 1.1.14). Три ярчайшие звезды созвездий Орион, Большой Пес и М алый Пес — Бетельгейзе, Сириус и Процион образуют равностороннюю фигуру, назы ­ ваемую зимним треугольником (рис. 1.1.15). ? 1.1.29. Название какой звезды образовано от имени планеты? Ш Звезда а созвездия Скорпион, в котором бывает виден и М арс, по яркости и цвету близка к М арсу. Древние греки называли эту звезду Анта­ рес, что означает «Соперник М арса». Арес — это греческое имя планеты М арс. Антарес — красный гигант, его светимость примерно равна 14 ООО светимостей Солнца. ? 1.1.30. Звезды на небосводе различаются по своему блеску: одни — очень яркие, другие — едва заметны. Поэтому еще во II веке до н. э. один из величайших астрономов древнего мира Гиппарх (около 180 (190) — 125 до н. э.) — рис. 1.1.16 — ввел условную шкалу звездных величин. На каком принципе построена шкала Гиппарха? Ш Самые яркие и раньше всех загорающиеся на вечернем небе звезды были отнесены к 1 -й в е­ личине, следующие по блеску (более слабые — примерно в 2,5 р аза) считаю тся звездами 2-й звездной величины и так далее, а самые слабые, видимые только в безлунную ночь — звезды 6-й величины. Такое распределение звезд по блеску просуществовало без малого два тысячелетия. 15 ? 1.1.31. Как при записи условно обозначается звездная величина? Ш На латыни m a g n itu d a — величина; поэтому звездные величины условно обозначают индексом т , который ставят вверху после численного значения: например, 4т — звезда 4-й звездной величины (обычно упрощ а­ ют и говорят «звезда 4-й величины»). Звездная величина т — относи­ тельная (или безразмерная) величина. ? 1.1.32. Оценки звездных величин, выполненные Гиппархом, оказа­ лись очень грубыми и пригодными лишь для глазомерной оценки световой энергии, приходящей от звезд. Новая шкала звездных величин была предло­ жена английским астрономом Норманом Погсоном (1 8 2 9 -1 8 9 1 ) в 1857 го­ ду. Как устроена шкала Погсона? В чем ее особенности? Ш В шкале, введенной Гиппархом, освещенность от звезд 1 -, 2-, 3-, ... 6-й величины получилась в убывающей геометрической прогрессии. Ш ка­ ла звездных величин Погсона — это шкала, также построенная по закону убывающей геометрической прогрессии со знаменателем q = ^ при котором разность в 5 звездных величин соответствует отношению освещенностей ровно в 100 раз. Ш кала Погсона позволяет определять звездные величины объектов, более ярких, чем с т = 1. При дробных зна­ чениях т получаются промежуточные градации. Необходимо отметить, что диапазон звездных величин различных космических объектов очень широк: о т -2 6 ,8 т для Солнца до+29"1для самых неярких звезд, находящихся на пределе чувствительности приемной аппаратуры самых мощных совре­ менных телескопов. ? 1.1.33. Какая самая яркая звезда на небе? Ш Сириус ( а Большого Пса) — самая яркая звезда неба, ее видимая звездная величина равна - 1,46т . ? 1.1.34. Какое созвездие содержит наибольшее число звезд ярче 2т ? Ы Орион, в его состав входят 5 таких звезд ? 1.1.35. В каких созвездиях насчитывается наибольшее число ярких звезд (ярче 6т )? Ш Лебедь и Центавр — по 150, Геркулес — 140. ? 1.1.36. Во сколько раз звезда Капелла ( а Возничего) по блеску ярче звезды Рас Альхаг ( а Зм ееносца), если их звездны е величины соответ­ ственно равны 0,08т и 2,08"? Ы Разница в звездных величинах равна 2, значит а Возничего ярче а Змееносца примерно в 6,3 раза (2 ,5 122). 16 ? 1.1.37. Видны ли звезды днем? Ш Существует весьма распространенное убеждение, что достаточно опуститься в глубокий колодец — и наблюдай звезды как ночью. Установ­ лено, что это утверждение исходит от Аристотеля. Величайший древнегре­ ческий ученый в своих сочинениях упомянул о такой возможности. А так как мнение Аристотеля считалось непререкаемым, ему на протяжении многих веков продолжали слепо верить. Проведенные экспериментальные проверки в современных условиях показали, что никаких звезд днем уви­ деть нельзя. Свет звезд тонет в свете голубого неба. О свещенная Солнцем атмосфера Земли рассеивает солнечные лучи, что и мешает нам видеть звезды днем. Д ля наблюдателя, спустившегося днем на дно колодца, шахты или высокой заводской трубы, условия для наблюдений практически оста­ ются неизменными: сияние дневного неба будет по-прежнему «засвечи­ вать» звезды. Но если бы удалось значительно ослабить это сияние (что случается, например, во время полных солнечных затмений), то звезды действительно стали бы видны. ? 1.1.38. На каких телах Солнечной системы днем на небе можно ви­ деть сразу и Солнце, и звезды? Ш На которых нет атмосферы. ? 1.1.39. С какой целью и когда был создан Международный астроно­ мический союз? Ш Астрономия, как никакая другая область человеческого знания, ну­ ждается в тесном международном сотрудничестве. На протяжении истории этой древнейшей науки мы находим много примеров разнообразных кон­ тактов между учеными разных стран, плодотворного взаимодействия между ними при решении многочисленных задач, которые ставит перед исследо­ вателями Вселенная. В конце XIX — начале XX века рост международных научных связей среди астрономов и интересы развития науки сделали необходимым создание организации, которая координировала бы и планировала совместные иссле­ дования. П ервая такая организация — Международный союз по сотрудни­ честву в солнечных исследованиях был учрежден в сентябре 1904 года. В задачи союза входили организация больших совместных программ, вы ­ полнение которых было не под силу отдельным обсерваториям, обеспечение обмена необходимыми данными и результатами исследований, а также поощ­ рение оригинальных, новых исследований. На четвертом съезде (обсервато­ рия М аунт-Вилсон, 1910 год) поле деятельности союза было расш ире­ но — включено направление по астрофизическому исследованию звезд. 17 П ервая м ировая война прервала работу М еждународного союза, и в 1918 году из представителей академий наук разных стран был создан М еждународный исследовательский совет (с 1931 года он назывался М е­ ждународным советом научных союзов). В июле 1919 года в Брюсселе на организационном съезде Международного исследовательского совета был основан Международный астрономический союз (MAC, IAU). В настоя­ щее время MAC признан в качестве высшей международной инстанции в решении астрономических вопросов, требующих сотрудничества и стан­ дартизации, таких как официальное наименование астрономических тел и деталей на их поверхностях. ? 1.1.40. Какова роль Международного астрономического союза в ко­ ординации и планировании современных исследований? Ш Трудно переоценить значение деятельности MAC по развитию меж г дународного сотрудничества в астрономии. Можно упомянуть лишь некото­ рые фундаментальные проблемы, решение которых оказалось возможным только благодаря совместным усилиям обсерваторий многих стран, — создание астрографического каталога «Карта неба», изучение строения Галактики, комплексное непрерывное изучение Солнца, создание эф ем е­ рид тел Солнечной системы, исследование и каталогизация переменных звезд. Международный астрономический союз содействует ведению между­ народных постоянных служб — времени, широты, он участвовал в проведении Международного геофизического года, Международного года спокойного Солнца и других подобных мероприятий. 1.2. Небесные координаты ? 1.2.1. Географические координаты — долгота и широта. Поясните, как их установили. Ш Если мысленно пересечь земной шар плоскостями, параллельными экватору, получаются окружности — параллели. Земной шар можно мыс­ ленно пересечь перпендикулярными к экватору и проходящими через зем ­ ную ось плоскостями, которые носят название плоскостей меридианов, а линии, образованные их пересечением с поверхностью земного шара, на­ зываются меридианами. Лю бая точка на поверхности земного шара может быть задана двумя координатами. Одна координата называется долготой (А,) и отсчитывается от нулевого, условно принятого меридиана, проходящего через Гринвичскую обсерваторию. Если она отсчитывается к востоку, то это 18 будет восточная долгота, если к западу — западная долгота. Вторая коор­ дината называется широтой (ср) и отсчитывается от земного экватора к по­ люсам — к северу положительная (от 0 до +90°), а к югу отрицательная (от 0 до -9 0 ° ) — рис. 1.2.1. ? 1.2.2. Есть ли на нашей Земле место, где человек будет идти на север, в какую сторону он бы ни начал шагать? Ш Это может быть на Южном полюсе Земли. ? 1.2.3. С какой целью в астрономии введены небесные координаты, подобные географическим координатам на поверхности Земли? Ш С целью определения полож ения светил (косм ических т ел ) на небесной сф ере, а такж е определения изменения полож ения светил со временем. ? 1.2.4. На какой географической широте высоты всех звезд в течение суток остаются неизменными? Ш 90° (на полюсах Земли). ? 1.2.5. Чему равен угол наклона оси мира к плоскости горизонта? Ш Географической широте места наблюдения. 19 ? 1.2.6. Каковы горизонтальные координаты полюса мира в местности, географическая широта которой 23,5° с. ш.? Ш А = 180°, h = 23,5°. ? 1.2.7. Во время полета самолета штурман отмечает, что высота Поляр­ ной звезды остается неизменной. Как в этом случае проходит трасса полета? Ш Трасса полета самолета проходит вдоль параллели с неизменной географической широтой (из условия задачи следует, что высота полюса мира равна широте места нахождения штурмана самолета). ? 1.2.8. Определите, на каких географических широтах полюс мира совпадает с зенитом, с точкой севера. Ш На полюсах Земли; на экваторе. ? 1.2.9. Что собой представляет не­ бесный глобус? Ю Расположение созвездий и звездна небосводе было удобно изображать не на звездных картах, как мы сейчас привыкли, а на его уменьшенной модели — небесном глобусе. На рис. 1.2.2 изображен глобус 1584 года, описанный датским астроно­ мом XVI века Тихо Браге. На глобусе раз­ мечены небесный экватор, эклиптика, круги склонений и круги широт. Горизонталь­ ное кольцо, охватывающее глобус, означа­ ет плоскость горизонта. На глобусе изобра­ жены символические очертания созвездий и наиболее яркие звезды. ? 1.2.10. Назовите точки пересечения небесной сферы и отвесной линии. Ш Зенит, надир. V ' ? 1.2.11. Н азовите точки пересечения линии истинного горизонта и небесного меридиана. Ш Север, юг. ? 1 .2 .1 2 .В каких точках пересекается линия горизонта с небесным эк ­ ватором? Ш Восток, запад. 20 ? 1.2.13. Назовите точки пересечения небесной сферы с полуденной линией. Ш Север, юг. ? 1.2.14. Как располагается ось мира относительно земной оси? Ш Параллельно. ? 1.2.15. Какой наблюдательный факт однозначно указывает на на­ клонение оси вращения Земли к плоскости ее орбиты? Ш Изменение высоты Солнца в верхней кульминации в течение года. ? 1.2.16. Что понимают под горизонтальными координатами? Как вы ­ глядит горизонтальная система координат изнутри небесной сферы? Ш Горизонтальная система коориндат — небесные координаты, в кото­ рых основным кругом является математический (истинный) горизонт. В этой системе координатами являются: h — высота светила М над горизонтом или z — зенитное расстояние; Л — азимут светила (рис. 1.2.3). Вид горизон­ тальной системы координат изнутри небесной сферы показан на рис. 1.2.4. ? 1.2.17. Что понимают под экваториальными координатами? Как вы ­ глядит экваториальная система координат изнутри небесной сферы? Ш Экваториальная система координат — небесные координаты, в ко­ торых основным кругом является небесный экватор. В этой системе коор­ динатами являются: 5 — склонение светила М; ос — прямое восхождение или / — часовой угол (рис. 1.2.5). Вид экваториальной системы координат изнутри небесной сферы показан на рис. 1.2.6. 21 ? 1.2.18. У каких естественных небесных объектов остаются неизмен­ ными их координаты: прямое восхождение и склонение; азимут и высота? Ш Прямое восхождение и склонение остаются постоянными у звезд и внегалактических объектов, если пренебречь влиянием прецессии и их собственным движением. Азимут и высота не изменяются у звезд, находя­ щихся в полюсах мира. ? 1.2.19. Каково склонение звезд, кульминирующих в зените, для места, географическая широта которого равна ф? Ш 5 = ф. ? 1.2.20. Две звезды имеют одно и то же прямое восхождение. 11а какой географической широте обе эти звезды восходят и заходят одновременно? Ш На экваторе. ? 1.2.21. Как будет изменяться положение Северного полюса мира над горизонтом по мере перемещения наблюдателя к Северному полюсу Земли? Ш Северный полюс мира будет подниматься над горизонтом (увеличивать свою высоту) при перемещении наблюдателя к Северному полюсу Земли. ? 1.2.22. В каком созвездии находится точка летнего солнцестояния? Почему эта точка обозначена знаком Рака? Ы До октября 1988 года точка летнего солнцестояния находилась в со­ звездии Близнецов, а с этого времени находится в созвездии Тельца, вблизи его восточной границы. В созвездии Рака эта точка располагалась во II веке до нашей эры, когда было обнаружено явление прецессии. В созвездии Тель­ ца точка летнего солнцестояния будет находиться на протяжении 2830 лет. 22 1.2.23. В каком месте земного шара никогда не видны звезды северного полушария неба? Ы На Южном географическом полюсе. ? 1.2.24. Поэт В. Г. Бенедиктов (1 8 0 7 —1873) писал И. А. Гончарову перед его путешествием на фрегате «11аллада»: И ты сверш иш ь п ла в у ч и е наезды В т е д ревние и новы е м ест а, Где в небесах д р уги е б лещ ут звезд ы , Где свет нам льет с о звезд и е Креста... Спрашивается, в каких местах на земном шаре это может быть? Ш Созвездие Креста лежит между-5 5 ° и - 6 4 ° южного склонения; сл е­ довательно, начиная.только с 35° северной широты это созвездие делается видимым. Таким образом, места на земле, которые, по мнению В. Г. Б ен е­ диктова, посетит И. А. Гончаров на фрегате «П аллада», лежат южнее 30° северной широты и вплоть до Антарктиды. ? 1.2.25. «Когда вечером хвост Большой Медведицы обращен к восто­ ку, — писал китайский мудрец Го-Коан-Тсе в IV веке до н. э., — на свете бывает весна; когда он обращен на полдень — стоит лето; когда направлен к западу — бывает осень, а когда смотрит на север, то стоит зима». С пра­ ведливо ли это, например, для Беларуси? Ш При помощи подвижной звездной карты убедимся, что, действи­ тельно, это справедливо. ? 1.2.26. Греческие мореплаватели боялись времени года, когда Арктур заходил вечером, а также времени года, когда Орион был виден перед восходом Солнца на западной части небесного свода, считая это время за очень бурное. Какое время года это было? Ш При помощи подвижной звездной карты можно определить, что гре­ ческие мореплаватели боялись конца осени, именно месяца ноября. ? 1.2.27. Восходящий вечером Арктур у греков считался знаком при­ ближения весны, а восходящий утром означал время сбора винограда. В каких месяцах это было? Щ Арктур восходит вечером в марте, а утром восходит в октябре. Таким образом, весна начиналась в марте, а сбор винограда — в октябре. 23 ? 1.2.28. По какому кругу небесной сферы движется звезда, описы­ вающая дугу в 180°, и в каких точках горизонта она восходит и заходит? Ш По небесному экватору; в точках востока и запада. ? 1.2.29. В каком месте Земли любой круг склонений может совпасть с горизонтом? Ш На экваторе. ? 1.2.30. В каких пунктах на Земле круги склонений совпадают с кру­ гами высот? Щ На полюсах. ? 1.2.31. В каких местах Земли и при какой высоте полюса мира небес­ ный экватор совпадает с горизонтом? Ш На полюсах, на высоте 90°. ? 1.2.32. Где на Земле положение небесного меридиана неопределенно? Ш На полюсах. ? 1.2.33. На звездных картах вы можете найти созвездие Секстант (рис. 1.2.7), которое впервые представил в своем атласе (1690 г.) поль­ ский астроном Ян Гевелий (1611 —1687) — рис. 1.2.8. Как устроен и для чего служит прибор секстант? ffl С 1658 до 1679 года Гевелий проводил наблюдения с помощью сек­ станта, уточняя координаты звезд в связи с их положением на небе. Д ан ­ ные наблюдений, собранные с помощью этого инструмента, как и сама 24 обсерватория Гевелия, сгорели. Видимо, по этой причине ученый помес­ тил созвездие Секстант между созвездиями Л ьва и Гидры — животных очень свирепых. В созвездии нет ни од­ ного объекта, доступного для наблю­ дений с помощью обычного школьного телескопа или невооруженным гл а­ зом. Устройство секстанта показано на рис. 1.2.9. На секторе EF окружности с центром в точке А укреплены зри­ тельная труба С и два плоских зеркала — А (поворачивающееся) и В (неподвиж­ ное). В трубу наблюдатель видит гори­ зонт. Поворачивая линейку D вместе с зеркалом А, добиваются, чтобы луч от светила М, отразившись от повора­ чивающегося зеркала, упал на неподвижное зеркало, а от него отразился в глаз наблюдателя. Тогда изображение светила будет видно на линии го­ ризонта. Соответствующий отсчет указателя на дуге сектора покажет вы ­ соту светила над горизонтом в момент наблюдения. Сектор окружности E F за1 нимает-окруж ности, отсюда происхо- 6 дит и название прибора. Долгое время секстантом пользо­ вались мореплаватели. На старинной гравюре (рис. 1.2.10) показано опре­ деление высоты Солнца над горизонтом в открытом море с помощью секстанта. Рисунок сделан с гравюры И. Галле (1520 г.). ? 1.2.34. Каменная стена-квадрант средневекового астронома Улуг­ бека (1 3 9 4 —1449) имела радиус около 40 м, а его дуга — 63 м. Каков был размер деления в Г на этом квадранте? Какие научные результаты были получены с помощью этого инструмента? Ы Квадрант — вертикальный круг с дугой, равной четверти окружно­ сти. Простой подсчет показывает, что расстояния между градусными д ел е­ ниями равны 701,85 мм, а между минутными делениями — около 11,7 мм. Размеры самаркандского квадранта требовали сооружения здания под 25 стать ему по высоте. Д ля уменьшения высоты здания часть квадранта была опущена в узкую шахту на глубину около 10 м (рис. 1.2.11). Размеры инстру­ мента и искусство самаркандских астрономов позволили с высокой для того времени точно­ стью вычислить наклон эклиптики к экватору и продолжительность года, а также составить каталог 1018 звезд, положения которых были определены точнее, чем у Гиппарха. Основным трудом обсерватории стали «Н овые Гураганские таблицы» («Зидж»), в которых содержались более новые астрономические и математиче­ ские данные по сравнению с «Альмагестом» Птолемея. ? 1.2.35. В каком месте земного шара не­ бесный экватор перпендикулярен к плоскости истинного горизонта? Как происходит движ е­ ние светил на этой широте и какова там про­ должительность дня и ночи? Щ Если не учитывать рефракцию и понижение горизонта, то небесный экватор перпендикулярен к плоскости истинного горизонта на экваторе Земли. Светила восходят и заходят перпендикулярно к плоскости горизон­ та, и продолжительность дня и ночи одинакова (по 12 ч). П римечание. Если далее в условиях специально не оговорено, то все задачи и вопросы следует рассматривать без учета рефракции. ? 1.2.36. В каком месте находится наблюдатель, если полюсы мира располагаются на линии истинного горизонта? Ш Наблюдатель находится на географическом экваторе. ? 1.2.37. Почему счет прямых восхождений ведется с запада на восток, а не в обратном направлении? Ш Потому что в этом случае моменты кульминации звезд расположены в порядке прямых восхождений, а это удобнее итак исторически сложилось. ? 1.2.38. Почему азимуты удобно считать в направлении юг— запад— се­ вер— восток? Щ Потому что этот счет соответствует суточному вращению небесной сферы. 26 ? 1.2.39. Укажите склонение звезды, которую из любого пункта Земли можно иногда наблюдать на горизонте. £3 8 = 0. . ? 1.2.40. Ученик взял рейку длиной 1 м и, воткнув ее в землю, измерил в полденьдлину ее тени. Взяв по календарю склонение Солнца в этот день, он определил широту своей местности и получил ошибочный результат, несмотря на правильность его вычислений. В чем могла заключаться при­ чина этой ошибки? Ш Возможны две причины: рейка не была перпендикулярна к своей тени; не учтено, что часть рейки была заглублена в землю. ? 1.2.41. Чему равно склонение звезды, которая проходит через зенит для наблюдателя, расположенного на земном экваторе? Ш 8 = 0. ? 1.2.42. В каких точках Земли Северный полюс мира совпадает с з е ­ нитом? с точкой севера? с надиром? Ш На Северном полюсе Земли, на экваторе, на Южном полюсе Земли. ? 1.2.43. Чему равны азимуты точек: юга, запада, севера, востока, по­ люса мира и зенита? Ш Небо в северном полушарии — 0°, 90°, 180°, 270°, 180°, неопределен­ ный. Небо в южном полушарии —• 0°, 90°, 180°, 270°, 0°, неопределенный. ? 1.2.44. Определите зенитные расстояния точек: юга, запада, севера, востока и зенита. Ш Для точек горизонта — 90°, для зенита — 0°. ? 1.2.45. Определите часовые углы зенита и полюса мира. Ш ty = 0°; / — неопределенный. ? 1.2.46. Где на земном шаре все звезды восходят и заходят перпенди­ кулярно линии горизонта? Ш На экваторе (рис. 1.2.12). ? 1.2.47. Где на земном шаре все звезды в течение года движутся па­ раллельно математическому горизонту? Ш На полюсах Земли (рис. 1.2.13). 27 ? 1.2.48. Как по виду звездного неба и его вращению установить, что вы прибыли на Южный полюс Земли? Ш Над горизонтом находятся только звезды южного полушария неба. При суточном движении все звезды не заходят и не восходят, а описывают круги, параллельные горизонту. Суточное вращение звездного неба про­ исходит по часовой стрелке (сопоставьте с рис. 1.2.13). ? 1.2.49. Когда при суточном движении звезды на всех широтах дви­ жутся параллельно горизонту? Ш В верхней и нижней кульминациях. ? 1.2.50. Может ли звезда, проходящая верхнюю кульминацию между зенитом и полюсом мира, иметь азимут, равный 0°? Ш Может, в южном полушарии. ? 1.2.51. Может ли звезда, наблюдаемая на географической широте Ф = 45°, никогда не иметь азимута, равного 0°? Ш Может, при 8 > 45° в северном полушарии и при 5 > -4 5 ° в южном полушарии. 28 ? 1.2.52. Каков азимут точки весеннего равноденствия через 6 ч после ее верхней кульминации? Ш 90°. ? 1.2.53. При каких значениях азимута звезды скорость изменения ее высоты будет наибольшей и при каких наименьшей? Ш Наибольшей — при А - 90° и А = 270°; наименьшей — при А = 0° и/1 = 180°. ? 1.2.54. В каких пунктах Земли азимут точки весеннего равноденст­ вия от момента ее верхней кульминации до захода остается неизменным? Ш На экваторе. ? 1.2.55. Могут ли быть одинаковыми азимуты звезды в верхней и нижней кульминациях? Чему в этом случае они равны? Щ В северном полушарии для всех звезд со склонением 5 > (р азимуты в верхней и нижней кульминациях одинаковы и равны 180° ( под горизонтом). ? 1.2.56. С каким склонением звезды проходят через зенит в Минске, если для Минска ср = 53°54/ с. ш.? Ш Учитывая, что ф = 8У, получим 8Z = 53°54' с. ш. ? 1.2.57. Чему равно прямое восхождение и склонение точки весенне­ го равноденствия? Ш а = 5 = 0. ? 1.2.58. Определите прямое восхождение и склонение Северного по­ люса эклиптики, являющейся большим кругом сферы. Ш а = 18h00m,'8 = 66,5°. ? 1.2.59. В каких двух случаях высота звезды над горизонтом в течение суток не меняется? Щ Наблюдатель находится в одном из полюсов Земли или звезда нахо­ дится в одном из полюсов мира. ? 1.2.60. Определите зенитное расстояние Солнца, когда длина тени от предмета равна его высоте. Ш 45°. ? 1.2.61. Какое зенитное расстояние имеет светило, находящееся в з е ­ ните? надире? на истинном горизонте? Ш 0°, 180°, 90°. 29 ? 1.2.62. Когда зенитное расстояние звезды равно 90°? Щ Когда она восходит или заходит. ? 1.2.63. Чему равен азимут звезды при ее восходе и заходе, если она находится на небесном экваторе (8 = 0)? Ш При восходе А = 270°; при заходе А = 90°. ? 1.2.64. При каких условиях азимут звезды не меняется от ее восхода до верхней кульминации или, аналогично, от верхней кульминации до захода? Ш Для наблюдателя, находящегося на земном экваторе и наблюдаю­ щего звезду со склонением 8 = 0. ? 1.2.65. Звезда находится над горизонтом половину суток. Каково ее склонение? Ш Для всех широт — это звезда с 8 = 0, на экваторе — любая звезда. ? 1.2.66. Дугу во сколько градусов описывает звезда над горизонтом в течение суток, проходя через меридиан в точке севера? в точке юга? Ш В северном полушарии: 360° и 0°; в южном полушарии: 0° и 360°. ? 1.2.67. М ожет ли светило за сутки пройти через точки востока, зенита, запада и надира? Ш Такое явление происходит на экваторе Земли со звездами, находя­ щимися на небесном экваторе. ? 1.2.68. Между какими точками горизонта восходят и заходят звезды, описывающие над горизонтом дугу, большую чем 180°? Ш В северном полушарии восходят между точками востока и севера, а заходят между точками запада и севера. В южном полушарии восходят между точками востока и юга, а заходят между точками запада и юга. ? 1.2.69. Д ве звезды имеют одно и то же прямое восхождение. На ка­ кой географической широте обе звезды восходят и заходят одновременно? Ш На экваторе Земли. ? 1.2.70. Чему равна разность прямых восхождений звезд (в часовой и градусной м ере), если они проходят через меридиан с интервалом 2 ч 12 мин? Ш Разность равна 2 ч 12 мин или 33°. 30 ? 1.2.71. Что собой представляют звездные карты? Для чего они служат? Ш Звездные карты — проекции небесной сферы на плоскость с нане­ сением на нее границ созвездий и указанием экваториальных координат звезд, туманностей, галактик. Они используются для целей наблюдатель­ ной астрономии, снабжены координатной сеткой и условными обозначе­ ниями, благодаря которым легче ориентироваться в звездной россыпи. Самые древние звездные карты, которые были известны в Вавилоне и Египте, носили весьма схематический характер. В Европе звездные кар­ ты применяются примерно с XIII века. На этих картах помимо звезд были нанесены рисунки мифических персонажей, в честь которых названы со­ звездия. Набор звездных карт смежных участков неба называется звезд­ ным атласом. На рис. 1.2.14 показано созвездие Лебедя из атласа Гевелия. Это одно из самых древних созвездий, упоминавшихся еще в трудах Евдокса Книдского в IV веке до н. э. Лебедь — очень красивое созвездие в форме креста, лежащ ее на Млечном Пути. Иногда созвездие Лебедя называют Северным Крестом. На протяженйи нескольких столетий на звездных к ар­ тах изображали не только звезды, но и рисунки созвездий и каждой звезде давали имя. Когда же число изображаемых на картах звезд увеличилось настолько, что запоминание их названий стало делом трудным, перешли к буквенным обозначениям. В настоящее время активно используется «Атлас северного звездного неба», составленный на основе «Боннского обозрения», и атлас южного неба на основе «Кордовского обозрения». В нашей стране наиболее распространены звездные атласы академика А. А. Михайлова (1 8 8 8 —1983) — рис. 1.2.15. 31 ? 1.2.72. Почему на звездных картах не указывают положение планет? Ш Планеты не имеют постоянных экваториальных координат. ? 1.2.73. Что собой представляют звездные каталоги? Для чего они служат? Какие каталоги вам известны? Щ Звездные каталоги — это списки экваториальных координат, звезд­ ных величин, собственных движений и других характеристик звезд, отне­ сенных к началу какого-нибудь года. Помимо основных характеристик звезд приводятся и вспомогательные данные, служащие для отождествления звезд на небе. Первую попытку составить каталог звезд, основываясь на прин­ ципе степени их светимости, предпринял эллинский астроном Гиппарх из Никеи во II веке до и. э. Среди его многочисленных трудов (к сожалению, они почти все утеряны) фигурировал и «Звездный каталог», содержащий описание 850 звезд, классифицированных по координатам и светимости. Данные, собранные Гиппархом, были проработаны и получили дальнейшее развитие благодаря Клавдию Птолемею из Александрии (Египет, II век). Он создал фундаментальный труд «Альмагест» в 13 книгах, в которых были собраны все астрономические знания того времени. В «Альмагест» вошел и «Звездный каталог», в основу которого были положены наблюде­ ния Гиппарха, сделанные четыре столетия назад. Обновленный П толеме­ ем «Звездный каталог» содержал примерно тысячу звезд. Кроме звездных каталогов составляются каталоги других небесных объектов. Каталог М ессье, составленный в 1784 году, содержит сведения о 108 туманностях и звездных скоплениях. NGC — «Новый общий каталог туманностей и звездных скоплений», изданный в 1888 году, содержит све­ дения о 7840 объектах. Есть еще два дополнения (1C — Index C atalogue) к каталогу NGC со сведе­ ниями о 5386 объектах. Б. А. В оронцов-В елья­ минов — рис. 1.2.16 — составил «Каталог в заи ­ модействующих галактик», в котором объекты обозначаются латинскими буквами V V (Воронцов-Вельяминов), например VV 784. В настоящее время появились электронные звездные каталоги, записанные на лазерных компакт-дисках. В нашей Галактике более 100 млрд звезд. Около 0,004 % из них занесено в каталоги. Остальные пока б е­ зымянны. ? 1.2.74. Каким знаком пользуются для идентификации небесных об ъ­ ектов, содержащихся в созданном в конце XVIII века каталоге Ш арля 32 Мессье (1 7 3 0 —1817) — рис. 1.2.17 — и включающем 110 небесных звездных объектов (скоплений, туманностей, галактик)? Ш Знаком М; например, М 45 — рассеянное звездное скопление, на­ зываемое П леяды (рис. 1.2.18). ? 1.2.75. Как обозначают незвездные небесные объекты, вошедшие в Новый генеральный каталог, составленный в XX веке? Ш Знаком NGC; например, NGC 5466 — шаровое звездное скопле­ ние, находящееся в созвездии Волопаса. ? 1.2.76. Какими современными средствами измеряют координаты небесных объектов? Щ На рис. 1.2.19 показан астрометрический спутник «Гиппаркос». Н азвание H IPPA R C O S образовано из первых букв английских слов, ко­ торые означают «спутник, собирающий парал­ лаксы высокой точности». С августа 1989 по март 1993 года с помощью этого спутника опреде­ лены координаты, собственные движения и па­ раллаксы 118 218 звезд; измерены также звезд­ ные величины и цвета свыше миллиона звезд. Параллаксы каждой из звезд наблюдались 6 0 —80 раз, что в результате позволило получить точность порядка 0,001 —0,002". 2 Зак. 2663 33 1.3. О пределение географических координат и измерение времени ? 1.3.1. Как с помощью звезд определить направление на север? Ш Определение направления на север удоб­ нее всего начать с созвездия Большой М едве­ дицы. В наших широтах звезды «ковша» никогда не заходят за горизонт, и потому его нетрудно отыскать в северной стороне небосвода звезд­ ной ночью. Через крайние звезды «ковша» этого созвездия необходимо мысленно провести вверх прямую линию. На этой прямой отложить пять расстояний, равных расстоянию между крайни­ ми звездами «ковш а». На конце этого отрезка прямой встретится'П олярная звезда из созвез­ дия Малой Медведицы, похожего на маленький ковшик. Полярная звезда находится почти над Северным полюсом Земли и поэтому служит лучшим ориентиром на местности. Таким обра­ зом, если мы встанем лицом к Полярной звезде, то впереди у нас будет север, справа — восток,слева — запад, а за спиной — юг (рис. 1.3.1). ? 1.3.2. Как определить географическую широту местности из астро­ номических наблюдений? Ш Географическую широту можно определить по Полярной звезде (точность 1°), по звездам, проходящим через точку зенита, по звездам не­ заходящим, если наблюдать их кульминации. ? 1.3.3. Укажите географические широты параллели, на которой з е ­ нитное расстояние и высота Полюса мира равны между собой. Ш На широтах 45° с. ш. и 45° ю. ш. ? 1.3.4. На каком угловом расстоянии от Полюса мира находятся зв ез­ ды, описывающие полные круги.над горизонтом на широте 54° с. ш.? Ш По условию незаходящих звезд на угловом расстоянии меньше 54°. ? 1.3.5. Чему равна географическая широта места наблюдения, если расстояние от Полюса мира до зенита составляет угол 40°? Ш 50° с. ш. и 50° ю. ш. 34 ? 1.3.6. Чему равна географическая широта места наблюдения, если двугранный угол между плоскостями небесного экватора и истинным гори­ зонтом равен 35°? Ш 55° с. ш. и 55° ю. ш. ? 1.3.7. Сохраняются ли неизменными стечением времени географи­ ческие координаты точек на поверхности земного шара? Ш Широта ф и долгота X не остаются постоянными, а изменяются со временем. Изменения широт и долгот происходят от того, что ось вращ е­ ния непрерывно изменяет свое положение в теле Земли. Вследствие этого Северный и Южный полюсы Земли все время меняют свои мгновенные положения, описывая кривые по ее поверхности. Северный полюс дви­ жется вокруг своего среднего положения против часовой стрелки, описы­ вая сложную спиралеобразную кривую, которая то закручивается, то раскручивается, не выходя из квадрата со сторонами 26 м. Движение полюсов Земли вызывает смещение на ее поверхности коор­ динатной сетки — параллелей и меридианов, что и приводит к изменению широт и долгот мест. В ряде высокоточных астрономических и геодезических исследований (определение склонений звезд и астрономических постоянных) влияние этих изменений нужно учитывать и вводить в получаемые резуль­ таты соответствующие поправки и коэффициенты. ? 1.3.8. На какой планете Солнце является почти полярной звездой? Как ориентирована эта планета в пространстве? Ш Южные полюсы Урана и его спутников направлены сейчас примерно на Солнце, которое и является для них полярной звездой в южном полушарии. ? 1.3.9. Почему день весеннего равноденствия не всегда приходится на 21 марта? Щ Потому что в тропическом году (длительность оборота Солнца по эклиптике) не содержится целого числа суток. ? 1.3.10. Почему моряки и путешественники XVI—XVIII веков делали большие ошибки при определении долгот? Ш Потому что у них не было достаточно точных часов. ? 1.3.11. Разность долгот двух мест равна разности каких времен — солнечных или звездных? Ш Безразлично: h 2- X \ = Т„а - ТпЛ = S 2- S , . ? 1.3.12. Какое время показывают солнечные часы? Ш Истинное солнечное время. 35 ? 1.3.13. Чему равно звездное время в момент нижней кульминации точки весеннего равноденствия? Ш 12". ? 1.3.14. Часовой угол точки весеннего равноденствия равен 240°. Чему равно звездное время в этот момент? Ш 16". ? 1.3.15. И зменяется ли в течение года звездное время моментов куль­ минаций звезд и Солнца? Ш Время кульминаций звезд не меняется, время кульминаций Солнца меняется. ? 1.3.16. Какое число средних солнечных суток и какое число звездных суток содержит тропический год? Ш В году 365,2422 средних солнечных суток; звездных — на одни сут­ ки больше. Звездное время — счет времени в астрономии, при котором продолжительность суток принята равной периоду вращения Земли вокруг своей оси относительно системы неподвижных звезд. Отсюда 24" звездно­ го времени равны 23"56м04° среднего солнечного времени. ? 1.3.17. Известно, что в году 365,2422 средних солнечных суток. Как изменилось бы это число, если бы вращение Земли вокруг оси происходи­ ло с прежним периодом, но в обратном направлении? Ш Это равносильно тому, что годичное обращение Солнца будет про­ исходить в обратном направлении. Сейчас годичное движение Солнца уменьшает число солнечных суток в году по сравнению со звездными ( в году 366,2422 звездных суток). Следовательно, если бы Земля вращалась в о б ­ ратном направлении, число солнечных суток было бы на одни больше, чем звездных, и составило бы 367,2422 сут. ? 1.3.18. Как отличается местное время г. Витебска от поясного вре­ мени, если долгота г. Витебска 30° 1 Г с. ш.? Ш Переведем значение долготы в часовую меру: Хп = 2 ч 0,73 мин.. Н о­ мер часового пояса для Республики Беларусь п = 2. Следовательно, отли­ чие во времени составляет менее одной минуты. ? 1.3.19. На сколько отличается местное время Минска и Москвы, если долготы этих городов соответственно равны 27°33' и 37°37/? И ^ М оск в а — ^ Минск = ^ М о с к в а ~ ^ М и и с к ' ^ ~ 37°37 —27°33 = 10°04 И Л И 40,3 мин. М естное время в М оскве, например полночь, наступает на 40 мин раньше, чем в Минске. 36 ? 1.3.20. Как изменилась бы продолжительность солнечных суток, если бы Земля стала вращаться в направлении, противоположном дейст­ вительному? Ш Солнечные сутки стали бы короче звездных на четыре минуты. ? 1.3 .2 1 .11очему в повседневной жизни используется солнечное время, а не звездное? Ш Ритм жизни человека связан с Солнцем, а начало звездных суток по­ падает на разные часы солнечных суток. ? 1.3.22. Почему насчитывается так много видов солнечного времени (истинные солнечные сутки, среднее солнечное время, поясное время и др.)? Ш Основная причина — связь общественной жизни со световым днем. Неодинаковость истинных солнечных суток ведет к появлению среднего солнечного времени. Зависимость среднего солнечного времени от долго­ ты места обусловила изобретение поясного времени. Необходимость эко­ номии электроэнергии привела к декретному и летнему времени. ? 1.3.23. Когда отмечается наибольшая разность между истинным солнечным временем и средним солнечным временем? Ш Разность между средним солнечным временем и истинным солнеч­ ным временем в один и тот же момент называется уравнением времени. Из графика уравнения времени видно (рис. 1.3.2), что это бывает 12 февраля (14 мин) и 3 ноября (16 мин). ? 1.3.24. Когда солнечные часы показывают точно среднее солнечное время? Ш Из графика уравнения времени (см. рис. 1.3.2) находим, что это происходит 14 апреля, 14 июня, 1 сентября и 24 декабря. 37 ? 1.3.25. Почему было введено поясное время? Ш Зем ля, вращ аясь вокруг своей оси, последовательно поворачивает к Солнцу разные части своей поверхности. Поэтому день наступает, или, как говорят, Солнце восходит, не во всех местах земного шара одновре­ менно. Если, вооружившись часами, вы станете передвигаться на север или на юг по меридиану, то на часах будет значиться одно и то же местное время в любой географической точке, расположенной на данном меридиа­ не. Но если вы станете перемещаться на запад или на восток по одной и той же параллели, время на ваших часах в исходной точке пути не будет соот­ ветствовать местному времени всех других географических точек, распо­ ложенных на данной параллели. Чтобы в какой-то степени устранить этот недостаток, канадец С. Флешинг предложил ввести поясное время. ? 1.3.26. На какое число поясов и каким образом разделен весь земной шар в поясной системе счета среднего солнечного времени? Щ 24 часовых пояса. Часовые поя­ са и их центральные меридианы (на рис. 1.3.3 показаны пунктиром). Гра­ ницы часовых поясов проведены по государственным и административным границам, а также по естественным рубежам, и только в незаселенных мест­ ностях — по географическим меридиа­ нам. Приблизительно на 7,5° к востоку и западу от каждого из этих 24 основ­ ных меридианов условно нанесены гра­ ницы часового времени данного пояса. Причем время одного и того же часо­ вого пояса в каждый момент для всех его пунктов считается одинаковым. До введения поясного времени (1884т.) во многих странах мира издавались карты с различными начальными мери­ дианами. Например, в России отсчет долгот велся от меридиана, проходя­ щего через Пулковскую обсерваторию, во Франции — через Парижскую, в Германии — Берлинскую, в Турции — Стамбульскую. Чтобы ввести по­ ясное время, требовалось унифицировать единый начальный меридиан. Условились считать начальным, или нулевым, меридианом тот, который проходит через Гринвичскую обсерваторию в пригороде Лондона. М ест­ ное среднее солнечное время Гринвичского меридиана назвали всемирным или мировым временем. 38 ? 1.3.27. Что понимают подлинней перемены дат и где она находится? Ш Линия перемены дат — условная линия, на запад от которой кален­ дарная дата для всех часовых поясов восточной долготы будет больше на один день по сравнению со странами, расположенными в часовых поясах западной долготы. Линия перемены дат начинается у Северного полюса на меридиане 180° восточной долготы и тянется по морям и океанам вплоть до Южного полюса на меридиане той же долготы. ? 1.3.28. Если суточное вращение Земли стечением веков постепенно замедляется (как это действительно установлено), то как будут по часам, регулируемым по вращению Земли, протекать астрономические я в л е­ ния — быстрее или медленнее, чем прежде? Ш Быстрее. ? 1.3.29. Почему в марте продолжительность дня после полудня боль­ ше первой половины дня? Ш Это происходит из-за заметного возрастания склонения Солнца в течение дня. Солнце после полудня описывает большую дугу на небосводе, чем до полудня. ? 1.3.30. Как надо изменить наклонение оси вращения Земли к плоско­ сти ее орбиты, чтобы Солнце дважды в году становилось полярной звездой? Ш Ось вращения Земли должна в этом случае лежать в плоскости орбиты. ? 1.3.31. В какое время суток жители г. Витебска движутся относи­ тельно Солнца быстрее? медленнее? Ш Ночью быстрее, днем медленнее. Ночью линейная скорость вращ е­ ния точки земной поверхности складывается с орбитальной скоростью Земли, а днем вычитается из орбитальной скорости. ? 1.3.32. Два путешественника, объехав Землю, один — с запада на восток, другой — с востока на запад, встретились у приятеля, который ни­ куда не уезжал. Один из них утверждал, что воскресенье было вчера, дру­ гой — что оно будет завтра, а приятель вообще заявил, что воскресенье — сегодня. Кто же из них прав? Ш Оии все правы, так как, вероятно, не переводили стрелки часов, прибывая на территорию, где другое время. Чтобы не пришлось попадать в такую неприятную ситуацию при кругосветном путешествии, следует, двигаясь на восток, при прохождении линии перемены дат (180° з. д.) счи­ тать одни и те же сутки дважды. При движении на запад, чтобы не отста­ вать от Солнца, пропускать одни сутки. 39 ? Г.3.33. Чем отличаются синодический и сидерический месяцы? Ш Синодический месяц — промежуток времени между двумя последо­ вательными одинаковыми фазами Луны (наприм ер, новолуниями). П родолж и­ тельность синодического месяца непо­ стоянна; среднее его значение составляет 29,530588 средних солнечных суток. С и­ дерический или звездный месяц — период обращения Луны вокруг Земли относи­ тельно звезд. Средняя величина сидери­ ческого месяца составляет 27,321661 средних солнечных суток (из-за неравно­ мерного движения Луны и Земли про­ долж ительность синодического месяца меняется примерно от 29,25 до 29,83 сут). Понять, почему синодический месяц длин­ нее сидерического, нетрудно, если вспомнить, что Земля движется вокруг Солнца (рис. 1.3.4). Через примерно 27,3 сут Луна займет на небе прежнее положение относительно звезд и будет находиться в точке L-,. За это время Земля, перемещ аясь на 1° в сутки, пройдет по орбите дугу в 27° и окажется в точке Тх. Луне, для того чтобы снова оказаться в новолунии L2, придется пройти по орбите такую же дугу (27°). На это потребуется немногим более двух суток, поскольку за сутки Луна смещается на 13° относительно звезд. ? 1.3.34. Какой принцип положен в основу систем счисления лунного, солнечного и лунно-солнечного календарей? Ш Лунный календарь— календарь, в основе которого лежит продол­ жительность синодического месяца, т. е. периоды смены фаз Луны. Год в этом календаре состоит из 12 месяцев по 29 или 30 дней. Продолжитель­ ность года 354 или 355 средних солнечных суток. Солнечный календарь — календарь, основу которого составляет тропический год (солнечный год). Продолжительность года 365 или 366 сут. Лунно-солнечный календарь — календарь, в основе которого лежит продолжительность солнечного года и период смены фаз Луны. Основой такого календаря является соотноше­ ние: 19 солнечных лет равны 235 лунным месяцам (с ошибкой менее чем в 1,5 ч). Год состоит то из 12 месяцев, то из 13 месяцев, каждый из которых начинается с новолуния. ? 1.3.35. Чем отличается «новый стиль» от «старого стиля»? Ш В 46 году до н. э. в Риме по указу правителя государства Юлия Цезаря введен календарный счет времени, известный как юлианский календарь, 40 или «старый стиль». На рис. 1.3.5 изображено, как Созиген показывает Юлию Цезарю новый календарь. Способ счета дней и месяцев по этому кален­ дарю был не очень точным. За 128 лет накапливалось опоздание в одни сутки. В 1582 году по приказу папы римского Григория XIII была проведена реформа календаря: 10 суток, на которые счет дней отстал от хода явлений природы, были сброшены (5 октября посчитали сразу за 15 октября). На будущее вве­ ли поправку в счет високосных лет:,за период в 400 лет три года, которые по юлианскому календарю должны были считаться високосными, признавались простыми. Это те годы, в номерах которыхчисло столетий не делится на че­ тыре. Так образовался григорианский календарь, или «новый стиль». Несоот­ ветствие между григорианским и истин­ ным тропическим годами столь незначи­ тельно, что один день накапливается за 3300 лет. На рис. 1.3.6 показаны обе стороны медали, отчеканенной в честь введения григорианского календаря. ? 1.3.36. Какой год в григорианском календаре содержал 355 суток? Ш Год введения григорианского календаря, 1582 год. Папа Григорий XIII 24 февраля 1582 года издал буллу (папский указ), которая предписывала, что после четверга 4 октября 1582 года наступит пятница 15 октября. 41 ? 1.3 .3 7 . В р о м ан е А. С . П у ш к и н а « Е в г е н и й О н е г и н » е с т ь строки: В т о т го д о сенняя погода С т ояла д о лго на дворе, Зимы ж дала, ж дала природа. С нег вы п а л т о ль к о в я н ва р е, на т рет ье в ночь. Предполагая, что указанная дата относится к XIX столетию, переведите ее в новый стиль. Ш В ночь на 15 января. ? 1.3.38. В XI веке в Персии был введен календарь, в основу которого положен цикл в 33 года; в этом цикле считалось 25 простых и 8 високосных лет. Определите величину года и ошибку персидского календаря. Ш В 33 годах будет 25 простых по 365 сут и 8 високосных по 366 сут. Средняя величина года поэтому равна 365,2424 ср. сут, т. е. больше дейст­ вительной только на 0,0002 ср. сут, что составит лишь в 5000 лет 1 сут. ? 1.3.39. Зная, что после 1 -го года до н. э. следовал сразу l -й год н. э., определите, високосный или простой был 45-й годдо н. э., т. е. год введения юлианского календаря? Ш Так как после 1-го года до н. э. следовал сразу 1 -й год н. э., т. е. не было нулевого года, то 45-й годдо и. э. нужно считать високосным годом. ? 1.3.40. Каковы названия дней недели начала и конца простого года? високосного года? Ш В простом году 365 сут, т. е-. он состоит из 52 недель и 1 дня (365 = 52 • 7 + 1). Следовательно, он оканчивается тем же днем недели, ка­ ким начинается (т. е. какой день был 1 января). Високосный год, очевидно, оканчивается днем, следующим за тем, которым год начинается. Например, если простой год начинается с понедельника, то он и закончится понедель­ ником; если високосный год начинается с понедельника, то он закончится вторником. ? 1.3.41. По постановлению Никейского собора (325 г.) православная церковь празднует Пасху в первое воскресенье после первого весеннего полнолуния, т. е. после первого полнолуния, которое придется после 21 марта. Известный немецкий математик, астроном и физик Карл Гаусс (1 7 7 7 —1855) — рис. 1.3.7 — дал следующее простое правило для вычис­ ления Пасхи-в юлианском календаре: разделив номер года на 19,4 и 7, обо, 19а+15 , . значим остатки через a, b, с; остаток ---------- обозначим через а\ остаток 30 42 ‘2b + 4 c +b d + b --------- ---------- через e; — тогда получим, что Пасха в юлианском календаре будет (22 + d + е) марта. Пользуясь этим правилом Гаусса, найдите, когда была Пасха в 1923 и 2001 году по юлианскому календарю? по григорианскому календарю? Ш Для 1923 года вычисления по правилу Гаусса дадут следующие значения: а = 4, Ь = 3, с - 5 , d - 1, е = 3. Следовательно, Пасха в 1923 году была 26 мар­ та по юлианскому календарю или 8 апреля по григо­ рианскому календарю ( новому стилю). Д ля любых других годов вычисления производятся аналогично. ? 1.3.42. Чему равно наибольшее возможное число воскресений в феврале? Ш Пять — в високосном году. ? 1.3.43. Каковы недостатки григорианского календаря с точки зрения современного человека? Ш Начало года в нем не связано с какими-либо астрономическими или другими природными явлениями, а названия месяцев носят имена давно забытых императоров и языческих богов и богинь. При пользовании ка­ лендарем затруднена работа плановых и финансовых подразделений любых организаций, вынужденных считаться с различной продолжительностью рабочего времени в различные месяцы; ежегодно приходится издавать огромное количество календарей, на которые расходуется много средств и т. д. Поэтому почти два столетия во многих странах мира неоднократно поднимались вопросы о радикальной реформе календаря и о необходимости создания «всемирного» или «вечного» календаря. Все многочисленные проекты календарей можно разделить на две основные группы: в одних год разделен на 13 месяцев, а в других — на 12. Однако новый календарь можно ввести только после одобрения его всеми странами, по общеобязательному международному соглашению, что по ряду причин весьма затруднительно. ? 1.3.44. Можно ли создать календарь, абсолютно точный в течение неограниченного промежутка времени? Щ Нет.
