Чтение онлайн

Наконец, существует еще одно явление, тоже зависящее от свойств светового луча,— преломление света в земной атмосфере. Нижние слои воздуха плотнее верхних, и поэтому луч света, пронизывая нашу атмосферу, преломляется и постепенно искривляет свой путь, приходя к нам по измененному направлению. Вследствие этого все светила кажутся нам немного приподнятыми над горизонтом. Это явление, называемое астрономической рефракцией, сильнее проявляется на светилах, находящихся низко над горизонтом, а в самом горизонте достигает величины, превосходящей в угловой мере видимый диаметр Солнца, благодаря чему солнечный диск при восходе кажется нам уже поднявшимся из-за горизонта, тогда как в действительности Солнце еще полностью погружено под горизонт.

Для всех практических применений астрономии необходимо знать с большой точностью влияние перечисленных явлений на координаты светил. Теория этих явлений хорошо и подробно разработана, но для того, чтобы в каждом отдельном случае вычислить величину этих явлений, нужно знать особые числовые величины, которые должны быть определены из наблюдений. Эти числовые величины называются соответственно постоянными прецессии, нутации, аберрации и рефракции. Чем точнее они будут определены, тем точнее можно учитывать эти влияния на координаты светил, тем более точно можно определять время и географические координаты, делать геодезические съемки и составлять карты. Таким образом, определение из наблюдений числовых значений этих четырех постоянных относится к важнейшим задачам астрономии и было с самого начала включено в план работ Пулковской обсерватории.

Вернемся к звездным каталогам. После того как наблюденные положения звезд исправлены с учетом только что описанных влияний, они вносятся в общий список, в результате чего и получается каталог для определенного момента времени, называемого эпохой каталога. Имея два каталога, содержащих одни и те же звезды, но для двух разных, по возможности удаленных между собою эпох, можно сравнивать их между собой и вывести так называемые собственные движения звезд, которые дают изменения координат каждой звезды за один год. По этому поводу тоже нужно сделать некоторые пояснения.

Звезды еще в глубокой древности были названы неподвижными, так как их видимое взаимное положение на небесной сфере с течением времени заметным образом не менялось. Действительно, какая-нибудь группа звезд, например всем известное созвездие Большой Медведицы, во времена древних греков имело такой же вид ковша, каким мы его видим теперь. Однако в 1718 году английский ученый Галлей обнаружил, что три яркие звезды, о которых можно было думать, что они ближе к нам, чем большинство других звезд, заметно сдвинулись на небесной сфере по отношению к другим звездам со времени наблюдений древнегреческого астронома Гиппарха, дошедших до нас в виде первого звездного каталога. Так были открыты первые собственные движения звезд.

Теперь мы знаем, что все звезды движутся, причем в действительности скорости их движения измеряются десятками километров в секунду, но расстояния до звезд столь велики, что видимые перемещения звезд по небу очень малы. Звезда с самым большим известным собственным движением передвигается на угол, равный видимому поперечнику Луны за 180 лет, большинство же звезд имеет собственные движения в сотни и тысячи раз меньшие. Для того чтобы невооруженным глазом заметить движение звезд, образующих ковш Большой Медведицы, нужен промежуток времени не в 2 тысячи лет, протекший со времени наблюдений Гиппарха, а по крайней мере в десять или двадцать раз больший. Вот почему собственные движения звезд можно определить, лишь имея точные звездные каталоги для удаленных между собой эпох, с промежутком в десятки или даже сотни лет. Но самый старый каталог достаточной точности, составленный по наблюдениям, произведенным не невооруженным глазом, а с помощью зрительной трубы в соединении с хорошим разделенным кругом, относится к 1755 году. Для вывода собственных движений нужно было сравнить этот каталог с позднейшим, составленным по новым наблюдениям. Составление такого нового каталога и ряда последующих и явилось основным направлением работ Пулковской обсерватории.

Однако спрашивается, для чего нужны звездные каталоги? Только ли для определения собственных движений звезд, а в таком случае для чего нужно само это определение? Мы упомянули о фундаментальной важности звездных каталогов для астрономии. Эта важность следует прежде всего из значения каталогов для практических применений астрономии. Геодезист при производстве съемок для составления подробных географических карт, путешественник или исследователь полярных стран, а также штурман корабля или самолета для определения своего местоположения производят астрономические наблюдения, состоящий в измерении специальными инструментами угловых высот светил над горизонтом или в определении моментов прохождения звезд через меридианы. Чтобы найти из таких наблюдений точное местное время и географические координаты — широту и долготу, необходимо знать астрономические координаты — прямое восхождение и склонение наблюденных светил для момента наблюдений. Вот для этого и требуются звездные каталоги, из которых берутся исходные значения этих координат для эпохи каталога, а затем вычисляется влияние прецессии, нутации, аберрации и собственного движения наблюденной звезды и получают искомые значения этих координат для момента наблюдений. Чем точнее положения звезд даны в каталоге, тем точнее будут геодезические съемки, тем точнее составленные на их основании географические карты.

Но собственные движения звезд представляют большой интерес и сами по себе. Во-первых, их анализ позволяет установить направление и скорость движения всей солнечной системы в пространстве относительно окружающих звезд. Во-вторых, собственные движения дают указания на распределение звезд в пространстве и на строение звездной системы — нашей Галактики. Наконец, собственные движения позволяют выявить и исследовать такое фундаментальное явление, как общее вращение всей Галактики, в котором принимает участие и наше Солнце со своей семьей планет.

Учитывая огромное значение звездных каталогов для астрономии, В. Я. Струве поставил их составление основной задачей новой обсерватории. Для наилучшего выполнения этой задачи он разработал техническое задание и заказал в Германии специальные инструменты.

Поясним принципы определения положений звезд для составления звездного каталога. Мы уже сказали, что положение звезды задается двумя координатами: прямым восхождением и склонением. Обе координаты определяются во время прохождения звезды через меридиан: прямое восхождение находится по моменту времени, в которое звезда при вращении небесного свода (то есть в сущности вследствие вращения земного шара вокруг своей оси) пересекает меридиан, или, как говорят, кульминирует. Склонение получается из измерений в градусах высоты звезды над горизонтом в тот же момент кульминации.

Для этих наблюдений служит особый инструмент, называемый меридианным кругом. Его зрительная труба может вращаться вокруг горизонтальной оси и всегда направлена в плоскости меридиана. С трубой скреплен круг, имеющий мелкие и очень точно нанесенные деления. Деления эти отсчитываются при помощи двух или четырех микроскопов, что позволяет определить угловую высоту оптической оси трубы над горизонтом с точностью до долей секунды дуги. При прохождении звезды через меридиан, с которым совпадает паутинная нить, натянутая в поле зрения трубы, наблюдатель отмечает по часам соответствующий момент, который послужит для определения прямого восхождения; установив трубу точно на высоту звезды, он при помощи микроскопов отсчитывает ее склонение по кругу. Таким образом, меридианный круг позволяет определить обе координаты звезд одновременно.

Однако Струве отказался от такого совместного определения прямого восхождения и склонения светил и избрал способ их раздельного определения. Для этого им были заказаны два разных инструмента — большой пассажный инструмент для определения прямых восхождений и вертикальный круг — для склонений. Выгода этого заключается в том, что внимание наблюдателя не раздваивается, а полностью концентрируется на одной задаче; наблюдатель может полнее изучить свой инструмент и лучше овладеть техникой наблюдения, что повышает точность определения координат.

О том, насколько это было достигнуто, свидетельствует крупнейший американский ученый Ньюкомб, который писал: «Особым намерением Струве было введение новой эры в астрономические определения, соединяя в большом масштабе качества наиболее точных инструментов, которые искусство могло создать, с умением наиболее опытных наблюдателей. Было найдено, что когда последние уделяли наиболее тщательное внимание исключению всех источников ошибок, была достигнута такая степень совершенства в их работе, которая была недоступна рутинным наблюдателям... Одно наблюдение Пулковским вертикальным кругом в руках Петерса имело такую же цену, как двадцать, тридцать и даже сорок наблюдений, произведенных меридианным кругом рутинными наблюдателями». И дальше: «Две великих обсерватории, Гринвич и Пулково, своими богатыми ресурсами, превосходством своих инструментов и постоянством своего направления, заняли ведущее место в получении материала для фундаментальных данных астрономии».