Чтение онлайн

Как и линии постоянной небесной широты, линии постоянной небесной долготы соответствуют проекциям меридианов Земли на небесную сферу. Они очерчивают большой круг, проходящий как через Северный, так и через Южный полюсы мира. Однако из-за суточного вращения Земли систему координат для расчета небесной долготы необходимо соотносить с определенным местоположением на небесной сфере (а не на Земле). Им стала точка весеннего равноденствия, в которой Солнце пересекает небесный экватор каждый март, когда «выходит» на северное небо. Небесные долготы измеряются в направлении с запада на восток от этой точки в часах, минутах и секундах, при этом полный круг, составляющий 360°, соответствует 24 часам.

Но как же так — ведь эти единицы приняты для измерения времени? Почему мы используем именно их? Причина в том, что каждые 24 часа суточное вращение Земли смещает те линии постоянной небесной долготы, которые определяются в системе координат, связанной с земным шаром. А чтобы установить, где на небе в любой момент появится тот или иной объект, необходимо знать как его небесную долготу, так и время суток, и если обозначить небесную долготу в единицах времени, то можно упростить расчеты. В астрономии для обозначения небесной долготы принят особый термин — прямое восхождение (сокращенно ? или RA, от англ. right ascension). Часы, минуты и секунды (в которых отсчитывается и часовой угол) обычно сокращаются как h, m, s — от соответствующих английских слов hour, minute, second. Прямое восхождение и склонение небесного тела полностью описывают его положение на небесной сфере. Например, туманность Ориона в Мече Ориона имеет следующие координаты: RA 5h 35m 17,3s и Dec –5°23?28?.

В едином ритме с колебанием Земли

Располагать астрономические объекты в системе координат, связанной с Землей, довольно проблемно, поскольку со временем эти координаты, пусть и медленно, но все-таки меняются. Об этом впервые упомянул около 140 года до нашей эры древнегреческий астроном Гиппарх. Сравнив свои наблюдения с астрономическими записями, сделанными за предшествующие 150 с лишним лет, он обнаружил, что долготы некоторых ярких звезд, расположенных вдоль зодиака, изменились на эквивалент 2°. Это равняется угловому смещению примерно на 50? в год, и по прошествии долгого времени положение может перемениться очень заметно. Например, даже точка весеннего равноденствия за последние 2000 лет сместилась вдоль небесного экватора на 28°. Пять тысяч лет назад, во времена, когда в истории Древнего Египта шел династический период, Солнце пересекало небесный экватор в созвездии Тельца, а сегодня это происходит в созвездии Рыб. Такое смещение влечет всевозможные последствия для астрологии. Скажем, если ваш астрологический «солнечный знак» — Стрелец, это не значит, что Солнце в день вашего рождения непременно находилось в созвездии Стрельца. И более того, все астрологические солнечные знаки смещены примерно на одно зодиакальное созвездие по сравнению с тем расположением Солнца в зодиакальном круге, которое мы наблюдаем сейчас в том или ином месяце.

Как нам теперь известно, это долговременное смещение вызвано тем, что наша планета не только вращается, но еще и покачивается, как волчок. Полный цикл колебания (или прецессии) земной оси занимает примерно 26 000 лет. Сейчас она указывает на Полярную звезду, а также примерно на 23,5° отклонена от перпендикуляра, проведенного к плоскости земной орбиты, и со временем прецессирует вокруг него, причем общий угол поворота между ними остается неизменным. Как показано на рис. 2.4, из-за прецессии земной оси Северный полюс мира проходит по окружности, угловой радиус которой равен 23,5°. Сейчас этот полюс находится в созвездии Малой Медведицы, и его можно найти по Полярной звезде, а 5000 лет назад он был в созвездии Дракона, и северный полюс земной оси указывал на Тубан. Возможно, эта предыдущая «полярная звезда» служила ориентиром творцам древних пирамид — и поможет объяснить, как им удалось выровнять эти памятники точно на истинный север.

Но это еще не все. Прецессионное движение земной оси сместило даже времена года. Представим, что сейчас 21 декабря и Земля находится в той части своей орбиты, когда Солнце пребывает в южном созвездии Стрельца, а северный полюс земной оси максимально отклонен от Солнца (рис. 2.5). Мы отмечаем это время как зимнее солнцестояние в Северном полушарии и летнее солнцестояние в Южном. А если мы теперь перенесемся на 13 000 лет вперед и вообразим Землю в той же части ее орбиты, то увидим, что земная ось на целых 57° отклонилась от направления, в котором она указывает в наши дни. Северный полюс мира в это время окажется в Веге, и поэтому 21 декабря северный полюс земной оси будет направлен к Солнцу, Стрелец расположится на северном небосклоне, а зимнее солнцестояние в Северном полушарии станет летним (в Южном все будет наоборот).

Рис. 2.4. Спроецированная на небесную сферу окружность, которую «чертит» земная ось. Сейчас северный полюс оси указывает на Полярную звезду в созвездии Малой Медведицы. Но 5000 лет назад он был направлен на Тубан, ? Дракона, а через 13 000 лет нацелится на Вегу, ? Лиры. (На основе материалов Roen Kelly, Astronomy Magazine.)

Рис. 2.5. Прецессия земной оси медленно меняет отношения Земли и Солнца. В первом случае Земля находится в той части своей орбиты, которая соответствует зимнему (декабрьскому) солнцестоянию, когда Солнце пребывает в Стрельце. Северное полушарие «отвернуто» от Солнца, и солнечный свет падает на него под малыми углами — а жители севера чувствуют, что пришла зима. По прошествии 13 000 лет земная ось пройдет половину прецессионного цикла, так что Северное полушарие будет обращено к Солнцу, и соответствующие времена года в Северном и Южном полушариях поменяются местами: в декабре на север придет лето, на юг — зима.

Даже когда временные масштабы намного короче, астрономам приходится учитывать прецессионное движение земной оси каждый раз, когда они вычисляют положение объектов в экваториальных координатах. Обычно при этом ссылаются на табличные каталоги, в которых координаты объектов приводятся по отношению к определенной эпохе. Эти каталоги меняются каждые 50 лет. Годы позволяют мне ссылаться и на старые каталоги из эпохи B1950.0, и на более современные, из эпохи J2000.0. Чтобы определить фактическое положение любого небесного тела, необходимо «прецессировать» координаты, указанные в каталоге, на текущую эпоху. Как правило, в наши дни это делают с помощью программного обеспечения телескопа или онлайн- калькуляторов.

Ежемесячное перемещение ночного неба

По мере того как дни превращаются в месяцы, можно заметить, что некоторые вечерние звезды заходят на западе еще до темноты, а перед рассветом на востоке восходят те, что раньше были невидимы, и кажется, будто вся ночная панорама небесной сферы медленно вращается вокруг нас с востока на запад. С тех пор это интуитивное представление сменилось современным, в котором небесная сфера остается неподвижной, а Земля совершает свой путь вокруг Солнца, поэтому теперь перемещение ночного неба с востока на запад понимают как отражение ежегодного орбитального движения Земли. Если смотреть с нашей планеты, то создается впечатление, что Солнце заграждает одни области неба и уступает дорогу другим (рис. 2.6).

Рис. 2.6. Пока Земля обращается вокруг Солнца, «звездный купол», видимый ночью, медленно перемещается на запад. Рассмотрим ситуацию, когда Солнце пребывает в Рыбах, а «звездный купол» в полночь симметричен относительно Девы. По прошествии трех месяцев Солнце окажется в Близнецах/Тельце, а полуночный «звездный купол» сместится на запад и будет симметричен относительно Стрельца. Из-за орбитального движения Земли на востоке теперь видны новые звезды, а другие исчезают из вида на западе.

Скорость смещения можно рассчитать на основе времени, необходимого Земле для завершения полного оборота по орбите. Поскольку наша планета описывает круг в 360° примерно за 365 дней, оно составляет приблизительно 1° в день. Мы столь неотделимы от Солнца, что воспринимаем это смещение как ежедневную смену связанного с Солнцем времени восхода и захода звезд. Этот временной сдвиг можно высчитать, умножив ежедневное изменение угла, выраженное дробью, на полные 24 часа: (1°/360°) • 24 часа = = 1/15 часа, или 4 минуты в день. Он объясняет и то, почему время, за которое Земля совершает один оборот вокруг своей оси относительно удаленных звезд, составляет 23 часа 56 минут, а период ее вращения относительно Солнца (т. е. солнечные сутки) на 4 минуты больше и ближе к привычной нам продолжительности в 24 часа.

«Странствующие» планеты

В отличие от звезд, видимое движение которых по ночному небу совершается сложным, но понятным способом, с планетами все сложнее. Вместо того чтобы медленно смещаться на запад вместе со звездами, они, как кажется, перемещаются из одного зодиакального созвездия в другое в течение недель (Меркурий), месяцев (Венера и Марс), лет (Юпитер и Сатурн) и десятилетий (Уран и Нептун). Эти «странствия» объясняются просто: планеты обращаются вокруг Солнца почти в одной и той же плоскости, но с очень разными скоростями.