Северный гвоздь или Полярная звезда

В отличие от других звезд, которые в разное время суток видны то на востоке, то на юге, то на западе, то восходят над горизонтом и заходят за горизонт. Полярная звезда почти не меняет своего положения на небе. Зимой и летом, указывает направление на север, к полюсу Земли. Именно из-за своего положения на небе Полярная звезда и приобрела такую популярность.

Утверждение, что Полярная звезда является самой яркой звездой, представляет собой одно из самых распространённых астрономических заблуждений. Многие люди, не слишком знакомые со звёздным небом, полагают, что Полярная звезда очень яркая, если не ярчайшая звезда на нем. Но это не так. В списке самых ярких звёзд неба Полярная находится только на 46 месте, намного уступая в блеске таким звездам, как Сириус, Вега или Арктур.

Для всех очевидно, что картина звездного неба меняется в зависимости от времени суток. Созвездия, которые вечером были видны 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. Звёзды вращаются с востока на запад с периодом в сутки, с востока на запад и отражают 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. За сутки все звёзды описывают в небе окружности, но чем ближе находятся звёзды к зениту, тем меньше радиусы описываемых ими окружностей. Оно и понятно, ведь в зените находится северный полюс мира, вокруг которого 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 звёзд, видимых невооруженным глазом, к северному полюсу мира, на расстоянии около 1°. 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 её верным ориентиром для мореплавателей, скотоводов и путешественников.

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 приплюснутости 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, которая находится(как указывалось выше) не точно на небесном полюсе, а на расстоянии около 1° 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.

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 и мысленно проведем через них прямую. Полярная звезда находится на пятикратном расстоянии Мерак-Дубге(названия звёзд в ковше Большой Медведицы). Цвет звезды желтовато-белый и по блеску она примерно равна этим звездам.

Отыскав Полярную звезду, проведем от неё линию, перпендикулярную к горизонту. Место пересечения линии с горизонтом укажет на север. 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. 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 не 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.

Полярная звезда входит в состав небольшого созвездия Малой Медведицы. Это созвездие состоит из 7 звёзд. В отличие от Большого Ковша в состав Малого входит только три более или менее яркие звезды. Поэтому различить его на небе гораздо труднее. 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". Поэтому Полярная звезда это еще и альфа (α) Малой Медведицы.

Пожалуй, никакая другая звезда не имеет столько имён, сколько имеет Полярная. Почти всё множество имён указывает на два главных её признака: нахождение на полюсе и, как следствие, на её неподвижность. Многие народы считали Полярную звезду своеобразным колом, вбитым в небо, вокруг которого кружатся все остальные звёзды. Отсюда происходят такие её 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. Хакасы называли Полярную — 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 имён является, пожалуй, имя Киносура "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 β Малой Медведицы).Интересно, что на древних картах Полярная звезда действительно отмечает собой хвост, но не собачий, а длинный, не существующий в природе, хвост Медведицы.

Существует интересная гипотеза происхождения имени Киносура. Именно так, согласно Аллену и другим исследователям звёздных имён, называлось в древности всё 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.

Теперь посмотрим на физические характеристики Полярной. Уже при наблюдении в бинокль заметен её желтоватый цвет. Полярная звезда лишь немного горячее Солнца: температура её поверхности составляет примерно 6000 К. Но на этом сходство с Солнцем и заканчивается. Полярная звезда, как и подавляющее большинство звёзд, видимых на небе невооруженным глазом, гораздо ярче Солнца. Спектральные исследования показали, что звезда принадлежит к классу звёзд-сверхгигантов. Её радиус в 46 раз больше радиуса Солнца, а светимость примерно в 2500 раз превышает солнечную. "Примерно", так как точная величина светимости Полярной звезды неизвестна в силу того, что астрономы не знают точное расстояние до неё.

Звёзды с такими характеристиками как у Полярной, составляют лишь доли процента среди общего количества звёзд во Вселенной. 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. Звёзды 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, можно предположить, какой звездой она была на протяжении большей части своей жизни. Вероятнее всего Полярная была яркой голубой звездой спектрального класса Β 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.

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%. Некоторые астрономы считают, 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.

Блеск Полярной звезды увеличился за последние 100 лет на 15%. Это несомненный факт. 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.), 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 звёздную величину. Если выводы Энгла и его команды верны, то блеск Полярной изменился за прошедшие 2000 лет в 100 раз больше, чем предсказывает современная теория звёздной эволюции. Неудивительно, что большинство ученых отнеслись к работе астрономов скептически. Однако Энгл и его команда, ко всему прочему, обнаружили в древних источниках и намёки на вариации в блеске Полярной с периодом в 4 дня, что могло бы говорить о том, что в прошлом амплитуда была гораздо бо́льшей, чем сейчас.Исследование было опубликовано в авторитетном журнале Science, и это, конечно, придает ему некий знак качества. Однако это не значит, что выводы Энгла окончательны.

Мы все привыкли говорить о Полярной как о звезде, хотя на самом деле это система звезд. Не довольствуясь ни статусом "полярной", ни статусом аномальной цефеиды, Полярная ко всему прочему является тройной звездой, то есть имеет две звезды-спутника, связанные с ней силами взаимного притяжения. Один из спутников виден уже в небольшие любительские телескопы. Это звездочка почти 9 звёздной величины, расположенная на расстоянии 18 угловых секунд от Полярной звезды. Впервые ее наблюдал в 1780 году знаменитый астроном XVIII века Уильям Гершель. Полярная "B" является обычной звездой спектрального класса F3V: она только в 4 раза ярче Солнца и в 1,4 раза массивнее его. Рядом с желтовато-белой Полярной её тусклый спутник выглядит зеленоватым. На самом деле цвет у звезд не бывает зеленым — так уж устроено зрение человека. В данном случае мы наблюдаем хоть и красивую, но все же оптическую иллюзию, вызванную близостью спутника к Полярной звезде. Второй компонент системы (обозначаемый как Полярная Ab) находится гораздо ближе к Полярной звезде, так что до недавнего времени на его присутствие указывали только спектральные наблюдения.

Впервые Полярную Ab увидели только в 2006 году при помощи космического телескопа "Хаббл". Угловое расстояние между Полярной A и Полярной Ab оказалось равным всего 0,133″: под таким углом видна рублевая монета с расстояния 30 километров. В действительности расстояние между Полярной А и её ближайшим спутником составляет по меньшей мере 2 миллиарда километров. Один оборот вокруг общего центра масс они совершают примерно за 30 лет.Полярная Ab похожа по своим характеристикам на Полярную B. Она относится к спектральному классу F6V, в 1,26 раз массивнее Солнца и в 3 раза ярче нашей звезды.

Выше говорилось о том, что цефеиды играют важнейшую роль в астрономии. Благодаря жёсткой зависимости между периодами пульсаций и светимостью, они являются своеобразными маяками Вселенной, позволяя определять расстояния до других галактик. Ближайшая цефеида — Полярная звезда, расстояние до неё оценивается примерно в 400 световых лет. На таком расстоянии параллаксы( изменение видимого положение объекта по отношению к удаленному фону в зависимости от нахождения наблюдателя) дают большую погрешность. Самый точный на сегодняшний день параллакс Полярной, определенный спутником Гиппаркос (HIPPARCOS), имеет погрешность в 8 световых лет или около 2%.

Астроном Дэвид Тёрнер (David Turner) выпустил статью, в которой показал, что современное расстояние до Полярной звезды на целых 111 световых лет меньше, чем измерил Гиппаркос. Для своих исследований астроном воспользовался крупнейшим российским телескопом с диаметром зеркала 6 метров (телескоп БТА). Голландский астроном Флоор Ван Лейвен (Floor van Leeuwen), "отвечающий" за данные Гиппаркоса, тут же написал ответную статью, в которой доказал, что данные спутника верны, — в отличие от данных Тёрнера. Диспут тут же вылился на широкие просторы сети Интернет, внимание ему уделили многие СМИ. Еще бы! Ведь если мы примем новое расстояние до Полярной звезды, то должны будем одновременно признать, что истинный масштаб Вселенной сильно переоценивался. Можно пойти дальше и подвергнуть сомнению тезис о темпах расширения Вселенной, а ведь за открытия в этой области уже дали Нобелевскую премию в 2011 году. Так кто же прав...