Наука для всех простыми словами

Самый лучший сайт c познавательной информацией.

Полярная звезда: 10 фактов о самой известной звезде ночного неба.

15.09.2015 в 10:52

Евгений золотавкин.

( Астрономия@Science_Newworld).

Полярная звезда, вероятно, самая известная звезда на небе. Что о ней известно астрономам сегодня? Мы решили отобрать 10 фактов о полярной, часть из которых, возможно, хорошо известна любителям астрономии, а часть, быть может, станет открытием.

Кто из нас не слышал о полярной звезде? Еще Шекспир в "Юлии Цезаре" устами главного героя говорил:

Но неизменен я, как неизменна.
Полярная звезда: она недвижна -.

И в целом небе нет подобной ей.
На небе много звезд; их всех не счесть, и все они блестят и все мерцают, но лишь одна не изменяет места.
В отличие от других звезд, которые в разное время суток видны то на Востоке, то на юге, то на Западе, восходят над горизонтом и заходят за горизонт, подобно солнцу и луне, полярная звезда почти не меняет своего положения на небе, и зимой, и летом, указывая направление на север, к полюсу земли.

Именно из-за своего положения на небе полярная звезда и приобрела такую популярность. Между тем, простому человеку, не специалисту - астроному, о самой звезде известно немного, часто - вообще ничего. Попробуем восполнить пробелы в знаниях, указав на некоторые интересные факты, а заодно развенчав кое-какие мифы о полярной звезде.

Факт номер 1. полярная звезда не самая яркая звезда на небе.
Утверждение, что полярная звезда является очень яркой звездой, представляет собой одно из самых распространенных астрономических заблуждений. Многие люди, не слишком знакомые со звездным небом, полагают, что полярная звезда очень яркая, если не ярчайшая звезда на нем.

Это не так! В списке самых ярких звезд неба полярная находится только на 46 месте, намного уступая в блеске таким звездам, как Сириус, Вега или Арктур. Блеск полярной звезды примерно равен 2-й звездной величине, что сравнимо со звездами ковша большой медведицы. Таким образом, в большом городе, где ночное небо не черное, а, скорее, рыжее от уличных фонарей, полярную звезду часто бывает трудно найти!

Откуда же появилось заблуждение, что полярная звезда - самая яркая? Вероятно, причина кроется в ее общеизвестности и в той важной роли, которую полярная играет в жизни нашего общества. Но повторимся, известность эту полярная приобрела вовсе не из-за блеска, а из-за своего особенного положения на небе.

Факт номер 2. полярная звезда находится вблизи северного полюса мира.
Наверняка многие замечали, что картина звездного неба меняется в зависимости от времени суток. Созвездия, которые вечером были видны, скажем, на юге, ночью смещаются к Западу, а утром и вовсе заходят за горизонт. А другие созвездия, которые вечером восходили на Востоке, ночью находятся уже высоко в южной части неба. Звезды, как нам кажется, прикреплены к небесной сфере и вращаются вместе с ней с Востока на Запад с периодом в сутки. Конечно, на самом деле никакой небесной сферы нет - это обман наших чувств, - а вращение звезд с Востока на Запад всего лишь отражает вращение земли с Запада на Восток!

Земля вращается как волчок - вокруг одной оси; точки, где ось вращения земли пересекается с поверхностью планеты называются северным и южным полюсами земли. Продлив ось вращения земли в небо, мы получим северный и южный полюса небесной сферы или, как их называют астрономы, полюса мира. Теперь представим, что мы находимся на северном полюсе. Вокруг льды, тишина и ясное небо … за сутки все звезды описывают в небе окружности, но чем ближе находятся звезды к зениту, тем меньше радиусы описываемых ими окружностей. Оно и понятно, ведь в зените находится северный полюс мира, вокруг которого-то и вращаются все звезды! Поэтому рядом с зенитом звезды почти неподвижны, описывая вокруг него совсем крошечные круги.

Уникальность полярной звезды в том, что она находится ближе других звезд, видимых невооруженным глазом, к северному полюсу мира, на расстоянии около 1\xB0. Из-за этого она все время находится фактически на одном и том же месте, вне зависимости от времени суток и года. Неподвижность полярной звезды вот уже полторы тысячи лет делает ее верным ориентиром для мореплавателей, скотоводов и путешественников.

На самом деле северный полюс мира находится почти в 1\xB0 от полярной звезды. Но суточная окружность, которую описывает вокруг него полярная, практически незаметна для наших глаз. Рисунок: Rogelio Bernal Andreo/большая вселенная.

Ясно, что особое положение полярная звезда имеет только на небе земли. На небе других планет роль полярной играют другие звезды, так как оси вращения этих планет по-другому наклонены по отношению к плоскостям их орбит. Интересно, что и на нашем небе полярная звезда не всегда была таковой. Много тысяч лет назад ось вращения земли была направлена в другую сторону и роль полярной звезды выполняла Вега. Дело в том, что ось вращения земли находится в постоянном движении, описывая в небе круг за время в 25800 лет. Это явление названо прецессией, что переводится с латинского как предварение равноденствий. Причина прецессии - в небольшой сплюснутости земного шара. Из-за этого луна и другие тела солнечной системы силой своего тяготения медленно поворачивают земную ось.

Куда же движется ось мира сегодня? Пока все еще в сторону полярной звезды. Не будем забывать, что полярная звезда находится не точно на небесном полюсе, а на расстоянии около 1\xB0 от него. К 2100 году это расстояние сократится вдвое, после чего полюс мира начнет медленно удаляться от звезды, продолжая свое движение в направлении созвездия цефея.

Факт номер 3. полярная - путеводная звезда.
Как же ориентироваться по полярной звезде? Прежде всего нужно научиться находить ее на небе. Проще всего это сделать, отталкиваясь от ковша большой медведицы - самого известного звездного рисунка. Возьмем две крайние звезды в ковше (они называются дубге и мерак) и мысленно проведем через них прямую. Полярная звезда находится на пятикратном расстоянии мерак - дубге. Цвет звезды желтовато - белый и по блеску она примерно равна этим звездам.

Отождествив полярную звезду, проведем от нее линию, перпендикулярную к горизонту. Место пересечения линии с горизонтом укажет на север, причем сделает это точнее, чем компас! Найти остальные стороны света уже просто: юг находится в противоположной стороне, Восток справа, а Запад - слева от полярной звезды.

Другая интересная и важная характеристика полярной звезды - ее высота над горизонтом. Мы уже говорили о том, что благодаря близости к полюсу мира полярная практически неподвижна для данного места. Однако высота звезды над горизонтом может меняться в зависимости от вашего географического местоположения! Так, находясь на северном полюсе, мы увидели бы полярную в зените, а на экваторе (то есть, на "Боку" земли) полярная звезда была бы практически точно на горизонте. Следовательно, высота полярной звезды над горизонтом определяет широту нашего местонахождения. Измеряя каждую ночь угол между полярной звездой и горизонтом в направлении севера, мореплаватели прошлого могли узнать, как далеко они продвинулись к северу или югу.

Факт номер 4. полярная - самая яркая звезда в созвездии малой медведицы.
Полярная звезда в состав небольшого созвездия малой медведицы входит. Это созвездие не очень выразительно; самая главная его часть, астеризм малый ковш, состоит из 7 звезд. В отличие от большого ковша в состав малого входит только три более или менее яркие звезды. Поэтому различить его на небе гораздо труднее.

Три самых ярких звезды малой медведицы имеют свои имена - полярная звезда, а также звезды кохаб и феркад. Полярная звезда - крайняя звезда в ручке малого ковша. Кохаб и феркад - крайние звезды в самом ковше. Эти две звезды часто называют стражами полюса.

Как известно, астрономы издавна обозначают самые яркие звезды в созвездиях буквами греческого алфавита. Буквой "Альфа" обозначается, как правило, самая яркая звезда созвездия, вторая по яркости - буквой "бета" и так далее, вплоть до буквы "омега" (это правило имеет нередкие исключения. Поэтому полярная звезда это еще и альфа ) малой медведицы. Немного уступающая ей в блеске звезда кохаб -? , А звезда феркад -? Малой медведицы.

Факт номер 5. полярная звезда имеет множество имен.
Пожалуй, никакая другая звезда не имеет столько имен, сколько имеет полярная. Почти все множество имен указывает на два главных ее признака: нахождение на полюсе и, как следствие, на ее неподвижность.

Многие народы считали полярную звезду своеобразным колом, вбитым в небо, вокруг которого кружатся все остальные звезды. Отсюда происходят такие ее названия, как небесный кол, прикол - звезда, железный кол, северный гвоздь, - названия, которые мы находим в тюркских и финно-угорских языках.

В Россию имя полярная пришло из немецкого языка во время правления Петра I. до этого у полярной звезды было другое имя, имеющее, впрочем, тот же смысл, - северная. Более поэтично называли полярную хакасы - привязанный конь. (И здесь название отсылает нас к неподвижности этой звезды. ) А для эвенков полярная звезда виделась как дыра в небе.

Названия полярной, не имеющие отношения к ее местоположению, встречаются редко. Самым известным из таких имен является, пожалуй, имя киносура, которое происходит от греческого слова? - "Хвост Собаки". Так называли полярную звезду древние греки и римляне; но в ту эпоху полярная еще не выполняла функцию собственно полярной звезды (2000 лет назад ближе к северному полюсу мира была звезда кохаб или? Малой медведицы.

Интересно, что на древних картах полярная звезда действительно отмечает собой хвост, но не собачий, а длинный, не существующий в природе, хвост медведицы.

Интересная гипотеза происхождения имени киносура существует. Именно так, согласно Аллену и другим исследователям звездных имен, называлось в древности все созвездие малой медведицы. В одной из версий мифа о рождении зевса, бога - младенца кормили какое-то время в пещере две медведицы - гелика (или Гелис) и киносура, которые позже были вознесены на небо благодарным зевсом. Гелика стала большой медведицей, а киносура - малой. Позже это название стало относиться только к полярной звезде. В связи с этой легендой возникает только один вопрос: откуда у медведицы могло взяться такое странное имя!

Факт номер 6. полярная - звезда сверхгигант.
Теперь давайте посмотрим на физические характеристики полярной. Уже при наблюдении в бинокль заметен ее желтоватый цвет. Полярная звезда лишь немного горячее солнца: температура ее поверхности составляет примерно 6000 к. но на этом сходство с солнцем и заканчивается.

Как и подавляющее большинство звезд, видимых на небе невооруженным глазом, полярная звезда гораздо ярче солнца. Спектральные исследования показали, что звезда принадлежит к классу звезд - сверхгигантов. Ее радиус в 46 раз больше радиуса солнца, а светимость примерно в 2500 раз превышает солнечную! Мы говорим "Примерно", так как точная величина светимости полярной звезды неизвестна в силу того, что астрономы не очень хорошо знают расстояние до нее. Но об этом ниже.

Звезды с такими характеристиками как у полярной, составляют лишь доли процента среди общего количества звезд во вселенной, однако именно они лучше видны на небе, поскольку намного ярче большинства других звезд. Почему же звезды - сверхгиганты редки?

Дело в том, что стадия сверхгиганта в жизни звезды весьма кратковременна и наступает лишь после исчерпания ядерного горючего в ее ядре. Звезды вроде полярной - всегда старые, сильно проэволюционировавшие объекты. Это не значит, что действительный возраст таких звезд велик - так, полярная звезда не старше 70 миллионов лет, - однако их жизненный цикл, в отличие от солнца, уже подходит к концу.

Зная физические характеристики полярной в настоящее время, мы можем предположить, какой звездой она была на протяжении большей части своей жизни. Вероятнее всего полярная была яркой голубой звездой спектрального класса? С массой в 5 раз больше массы солнца и радиусом в 3, 5 раза больше солнечного. Температура ее поверхности была выше раза в три и составляла около 18000 к.

Факт номер 7. полярная звезда - самая яркая и одна из самых необычных цефеид на небе.
После того, как в ядре звезды практически весь водород преобразован в гелий, светило вступает в фазу нестабильности. Давление излучения в ядре ослабевает, и оно начинает сжиматься, внешние же слои звезды, наоборот, увеличиваются в размерах - звезда становится гигантом или даже сверхгигантом. Кроме того, такое светило начинает пульсировать - испытывать колебания в размерах, температуре и блеске. Полярная звезда также пульсирует, то увеличиваясь, то уменьшаясь в объеме. Вместе с этим немного меняется и ее блеск, правда, совершенно незаметно для глаз. Колебания полярной очень ритмичны и имеют период 3, 97 суток - звезда работает точно, как часы.

Астрономы нашли множество подобных звезд и выделили их в целый класс звезд - цефеид (названных в честь звезды - прототипа? Цефея. Цефеиды хотя и имеют схожие пульсации, не являются похожими друг на друга, как две капли воды. Они имеют разные массы, размеры, несколько различаются по температуре и, как следствие, имеют разные амплитуды и периоды пульсаций. Однако все цефеиды объединяет интересная зависимость: оказывается, периоды их пульсаций напрямую зависят от их светимости (количества испускаемого ими света: чем больше период, тем больше светимость таких звезд.

Открытие этой зависимости сыграло очень важную роль в астрономии, так как позволило определить расстояние до других галактик. Всего на небе существует около 40 классических цефеид, которые видны невооруженным глазом, и полярная звезда - самая яркая и близкая из них. В связи с этим на протяжении последнего столетия астрономы очень тщательно исследовали ее переменность. И обнаружили, что звезда весьма "Своенравна".

Еще в начале 1970-х годов амплитуда блеска полярной изменялась в пределах 0, 27m. Такое изменение блеска находится на грани обнаружения невооруженным глазом. После этого амплитуда полярной, и без того небольшая, начала резко уменьшаться. Предполагалось даже, что к началу XXI века звезда вовсе перестанет быть цефеидой. Некоторые астрономы высказывали соображения, что полярная звезда - первый зафиксированный случай прекращения пульсаций цефеиды из-за ее выхода за пределы полосы нестабильности вследствие эволюции. Однако в районе 1993 года уменьшение амплитуды пульсаций полярной резко остановилось, и с тех пор составляет 0, 032m. При этом яркость звезды увеличилась на 15%.

Кривая изменения блеска полярной звезды.
Амплитуда изменения блеска полярной звезды (слева - в видимых лучах, справа - в красных) систематически уменьшалась в течение? Века, особенно в период 1970-1990 гг. но в 1993 году внезапно остановилась в районе 0, 03 зв. Вел. Рисунок: D. Turner et al., 2009.

Интересно, что в отличие от классических цефеид, внешние и внутренние слои атмосферы полярной звезды колеблются в противофазе - режиме первого обертона. Некоторым астрономам это дало повод считать, что звезда не прекращает свои пульсации, а наоборот, находится в процессе развития к основному периоду в 5, 7 дней, становясь обычной цефеидой с большим колебанием блеска.

Факт номер 8. в прошлом полярная была менее яркой.
Итак, блеск полярной звезды увеличился за последние 100 лет на 15%. Это несомненный факт. А что если копнуть еще глубже в прошлое? Насколько яркой была полярная 2000 лет лет назад? Выпускник университета виллановы Скотт энгл (Scott Engle) решил заново проанализировать данные по блеску полярной, указанные в каталогах Птолемея (137 г. ), ас - Суфи (964 г. ), Улугбека, тихо браге и других астрономов. Приведя данные к единой шкале, он получил, что в настоящее время полярная в 2, 5 раза ярче, чем во времена Птолемея! На целую звездную величину!

Возможно ли такое? Лишь в том случае, если выводы энгла и его команды верны, то блеск полярной изменился за прошедшие 2000 лет в 100 раз больше, чем предсказывает современная теория звездной эволюции. Неудивительно, что большинство ученых отнеслись к работе астрономов скептически. Однако энгл и его команда, ко всему прочему, обнаружили в древних источниках и намеки на вариации в блеске полярной с периодом в 4 дня, что могло бы говорить о том, что в прошлом амплитуда была гораздо бо? Льшей, чем сейчас. Исследование было опубликовано в авторитетном журна.