Карта звёздного неба

Как только солнце скрывается за горизонтом и дневной свет уступает место темноте, небо постепенно заполняется звёздами. Вдали от городских огней, в ясную безлунную ночь, можно разглядеть более двух тысяч звёзд. А ещё — увидеть бледную светящуюся полосу, растянувшуюся через всё небо. Это Млечный Путь - наша родная галактика. На самом деле мы смотрим на нашу собственную галактику с ребра — словно разглядываем тарелку сбоку. Именно поэтому миллиарды звёзд сливаются в единую светящуюся дорогу.Мы привыкли думать о Земле как о небольшой планете, которая вращается вокруг обычной звёзды — Солнца. Солнце — лишь одна из сотен миллиардов звезд нашей галактики, Млечного Пути. А сам Млечный Путь — только одна из миллиардов галактик во Вселенной. Однако люди пришли к этому пониманию не сразу. Чтобы узнать истинное устройство космоса, понадобились тысячи лет наблюдений и научных открытий.

Если внимательно наблюдать за ночным небом, можно заметить, что некоторые яркие звезды складываются в узнаваемые фигуры. Одни напоминают животных, другие — людей, предметы или героев древних мифов. Такие звёздные узоры люди начали выделять тысячи лет назад. Ночные узоры на небе помогали путешественникам не сбиться с пути, а земледельцам определять смену времён года.Эти знакомые с древности рисунки на небе почти не изменились за историю человечества. Хотя звёзды постоянно движутся в космосе, они находятся настолько далеко от Земли, что их взаимное расположение меняется чрезвычайно медленно. Заметить такие изменения можно лишь спустя десятки и сотни тысяч лет.В повседневной жизни такие группы звезд называют созвездиями. Однако в астрономии этот термин имеет более точное значение. Созвездие — это определенный участок небесной сферы с официально установленными границами. А знакомые рисунки из ярких звёзд служат лишь удобными ориентирами, которые помогают быстро найти нужную область неба.

Сегодня астрономы официально выделяют 88 созвездий. Их современные названия и точные границы были утверждены Международным астрономическим союзом в 1928 году. Вместе эти созвездия полностью покрывают небесную сферу. Поэтому любой видимый небесный объект находится в пределах какого-либо созвездия.Одно из самых узнаваемых созвездий — Орио́н. Его легко найти благодаря трём ярким звездам, расположенным почти на одной прямой. Эти три звезды образуют знаменитый Пояс Ориона. По соседству находятся созвездия Тельца, Близнецов, Единорога и Зайца.Чтобы уверенно ориентироваться среди звёзд, совсем не обязательно запоминать все 88 созвездий. Достаточно научиться узнавать 15–20 самых ярких и заметных. Они станут надежными ориентирами и помогут быстро находить другие участки звездного неба. Лучший способ познакомиться с созвездиями — как можно чаще наблюдать за ночным небом. В этом помогут звездные карты, мобильные приложения и посещение планетария.

Когда мы смотрим на ночное небо, кажется, что звёзды одного созвездия находятся совсем рядом друг с другом. Но это лишь иллюзия. Одни звезды могут быть удалены от Земли на десятки световых лет, другие — на сотни или даже тысячи. Звёзды кажутся нам соседями только потому, что на таких огромных расстояниях человеческий глаз не способен воспринимать глубину гигантского космического пространства.Именно поэтому в древности люди представляли, что все звёзды закреплены на огромной сфере, окружающей Землю. Так возникла модель небесной сферы. Сегодня известно, что такой сферы не существует. Однако она по-прежнему широко используется в астрономии, поскольку на ней можно легко найти положение звезд и других небесных объектов.Чтобы ориентироваться на небесной сфере, астрономы выделили на ней несколько ключевых ориентиров.

Во время наблюдений легко заметить широкую светлую полосу, которая пересекает всё небо. Это Млечный Путь. Он проходит через множество созвездий и образует почти полный круг вокруг небесной сферы.Сегодня известно, что Млечный Путь — не облако и не скопление тумана. Это часть нашей галактики, которую мы видим изнутри. Галактика Млечный Путь имеет форму огромного плоского диска с утолщением в центре. Такой диск иногда сравнивают с тонким блином или вращающимся колесом.Солнечная система находится не в центре Галактики, а ближе к её краю — примерно в двух третях пути от центра. Поэтому, когда мы смотрим вдоль плоскости галактики, перед глазами оказываются миллионы звёзд. Их свет сливается в длинную светящуюся полосу, которую мы наблюдаем на ночном небе.В направлении созвездия Стрельца Млечный Путь выглядит особенно ярким и широким. Именно там находится центральная часть нашей галактики, где сосредоточено огромное количество звёзд. В самом центре Млечного Пути расположена сверхмассивная чёрная дыра, вокруг которой обращаются звезды и межзвёздный газ.Если же смотреть в сторону от плоскости галактики, звёзд становится значительно меньше. В этих направлениях астрономы могут наблюдать далекие галактики и другие объекты далекой Вселенной.

На фотографиях Млечного Пути хорошо заметны тёмные полосы (см. картинку на первом слайде). Это не пустые области, а огромные облака космической пыли и газа. Они поглощают и рассеивают свет звёзд, находящихся за ними. Из-за этого в большинстве направлений невозможно увидеть объекты, расположенные дальше нескольких тысяч световых лет.Долгое время такие облака скрывали от ученых значительную часть нашей собственной галактики. Ситуация изменилась с развитием современной астрономии. Телескопы научились наблюдать не только видимый свет, но и радиоволны, инфракрасное и рентгеновское излучение. Эти виды излучения проходят сквозь облака гораздо лучше обычного света. Благодаря этому ученые смогли изучить скрытые области Млечного Пути.Современные космические телескопы и радиотелескопы помогают открывать новые звёздные скопления, туманности и области рождения звёзд. Постепенно астрономы составляют всё более подробную карту нашей галактики и лучше понимают место Солнечной системы во Вселенной.

Небесная сфера помогает представить расположение звёзд и других небесных тел. Однако в реальности человек никогда не видит ее целиком. С любой точки Земли одновременно наблюдается только половина небесной сферы. Вторую половину закрывает сама планета — она буквально стоит у нас под ногами и заслоняет вид. Поэтому небо над головой всегда выглядит куполом, а не полным шаром.Вид купола зависит от того, где находится наблюдатель. Если переехать в другое место на Земле, привычная картина звёздного неба изменится.Чтобы легче находить небесные объекты, астрономы используют несколько важных ориентиров:

Когда мы смотрим в космос, определить настоящие расстояния между объектами невозможно. Человеческий глаз не ощущает глубину на таких огромных масштабах. Поэтому астрономы измеряют не обычные расстояния, а углы.Угловой размер показывает, какую часть неба занимает объект. Например, Солнце и Луна имеют почти одинаковый угловой размер — около 0,5°. При этом Солнце примерно в 400 раз больше Луны, но кажется таким же по размеру, потому что находится примерно в 400 раз дальше от Земли.Кроме углового размера используют угловое расстояние. Оно показывает, какой угол разделяет два объекта на небесной сфере. Например, расстояние между двумя крайними звёздами ковша Большой Медведицы составляет около 5°.Приблизительно оценить углы на небе можно с помощью собственной руки. Если вытянуть руку вперед, ширина мизинца будет соответствовать примерно 1°. Ширина трёх средних пальцев составляет около 5°, а сжатый кулак —  10°. Расстояние между широко разведенными большим пальцем и мизинцем равно 20–25°.

Если провести под звёздным небом несколько часов, можно заметить, что все небесные светила постепенно вращаются по небу. Звёзды появляются на востоке, медленно движутся над горизонтом и исчезают на западе. Кажется, будто вся небесная сфера вращается вокруг Земли.Именно так представляли устройство мира древние люди. Они считали Землю неподвижным центром Вселенной, вокруг которого каждый день вращаются Солнце, Луна, планеты и звезды.Сегодня известно, что происходит обратное. В действительности вращается не звёздное небо, а Земля. Наша планета делает один полный оборот вокруг своей оси примерно за 24 часа. Из-за этого возникает видимое движение всех небесных объектов с востока на запад. Такое движение называют суточным движением небесной сферы.

1. Небо для наблюдателя на широте 40° северной широты (на ней расположен Нью Йорк). Тёмная область в нижней левой части сферы - недоступная для наблюдателя часть небесной сферы.Земля вращается с запада на восток (зелёная стрелка), из-за чего небесная сфера кажется вращающейся вокруг нас с востока на запад (красные стрелки).Горизонт пересекает небесную сферу под углом к ​​небесному экватору, из-за чего суточные круги звезд для наблюдателя кажутся наклонёнными.2. Для наблюдателя кажется, что небо вращается против часовой стрелки вокруг северного небесного полюса.

В разное время года на ночном небе видны разные созвездия. Это связано с движением Земли вокруг Солнца.По мере движения Земли по орбите, её ночная сторона оказывается обращена к разным участкам космоса. Поэтому зимой, весной, летом и осенью мы наблюдаем разные области звёздного неба.При этом создается впечатление, что Солнце медленно перемещается среди звезд. За год оно проходит полный путь по экли́птике — видимой линии своего движения на небесной сфере.Созвездия, расположенные вдоль эклиптики, называют зодиакальными. По традиции к ним относят 12 созвездий, однако современная астрономия использует официальные границы небесных участков. Поэтому в действительности Солнце проходит через 13 созвездий, включая созвездие Змееносца.

В течение года Солнце несколько раз занимает особые положения на небесной сфере. Дни солнцестояния — это дни, когда продолжительность дня достигает максимума или минимума. Дни равноденствия — дни, когда продолжительность дня и ночи одинакова. Эти события происходят каждый год почти в одни и те же даты. Однако звёздное небо в эти дни постепенно меняется со временем. Например , пару тысяч лет назад июньское солнцестояние происходило, когда Солнце находилось в созвездии Рака, а теперь оно происходит, когда Солнце находится в созвездии Близнецов.Преце́ссия — это очень медленное изменение направления земной оси в пространстве. При этом угол наклона оси почти не меняется. Земная ось лишь постепенно поворачивается, словно рисуя воображаемый конус (см. рисунок). Полный цикл прецессии занимает около 26 000 лет. Из-за прецессии направление земной оси смещается, поэтому Солнце в дни солнцестояний и равноденствий постепенно оказывается на фоне других созвездий.Почему возникает прецессия? Земля не является идеально круглым шаром. Из-за вращения она немного сплюснута у полюсов и имеет небольшое утолщение в районе экватора. Гравитация Солнца и Луны действует на это утолщение и стремится изменить положение земной оси. Полностью выпрямить её не удается, поэтому ось начинает очень медленно поворачиваться в пространстве.

Теперь познакомимся с планетами. Их движение по небу веками оставалось одной из самых больших загадок для астрономов. Без телескопа можно увидеть пять планет: Меркурий, Венеру, Марс, Юпитер и Сатурн.Есть ещё один простой признак, который помогает отличить планеты от звёзд. Планеты светят ровно и почти не мерцают, тогда как звёзды заметно мерцают из-за земной атмосферы.

В течение одной ночи планеты движутся по небу так же, как Солнце, Луна и звёзды. Из-за вращения Земли они кажутся восходящими на востоке и заходящими на западе.Однако если наблюдать за планетами несколько недель или месяцев, становится заметно, что их движение гораздо сложнее. Планеты медленно перемещаются среди звёзд, но делают это с разной скоростью. Кроме того, их яркость со временем тоже меняется. Именно поэтому древние греки назвали их планетами, что означает «блуждающие звёзды».Обычно планеты постепенно смещаются на восток относительно звёзд. Но иногда происходит необычное явление: планета словно останавливается, меняет направление и некоторое время движется на запад. Затем она снова начинает двигаться на восток. Такое кажущееся движение назад называется ретроградным движением. В зависимости от планеты оно может продолжаться от нескольких недель до нескольких месяцев.Для древних астрономов ретроградное движение было настоящей загадкой. Если считать, что все небесные тела вращаются вокруг неподвижной Земли по правильным круговым орбитам, объяснить такое поведение планет было почти невозможно.Ретроградное движение Марса. На серии снимков, сделанных с интервалом 5–7 дней, видно, как Марс временно движется по небу в обратном направлении, образуя петлю. Это происходит, когда Земля, двигаясь по более быстрой внутренней орбите, догоняет и обгоняет Марс. В середине петли Марс кажется самым крупным и ярким, так как в этот момент находится ближе всего к Земле.