Что называется зенитом полярной звездой
Небесная сфера ее основные элементы: точки, линии, плоскости
Что представляет собой Небесная сфера
Небесная сфера – абстрактное понятие, воображаемая сфера бесконечно большого радиуса, центром которой является наблюдатель. При этом центр небесной сферы как бы находится на уровне глаз наблюдателя (иными словами, все что вы вы видите над головой от горизонта до горизонта – и есть эта самая сфера). Впрочем, для простоты восприятия, можно считать центром небесной сферы и центр Земли, никакой ошибки в этом нет. Положения звезд, планет, Солнца и Луны на сферу наносят в таком положении, в каком они видны на небе в определенный момент времени из данной точки нахождения наблюдателя.
Иными словами, хотя наблюдая положение светил на небесной сфере, мы, находясь в разных местах планеты, постоянно будем видеть несколько различную картину, зная принципы “работы” небесной сферы, взглянув на ночное небо мы без труда сможем сориентироваться на местности пользуясь простой техникой. Зная вид над головой в точке А, мы сравним его в с видом неба в точке Б, и по отклонениям знакомых ориентиров, сможем понять где именно находимся сейчас.
Люди давно уже придумали целый ряд инструментов облегчающих нашу задачу. Если ориентироваться по “земному” глобусу просто с помощью широты и долготы, то целый ряд подобных элементов – точек и линий, предусмотрен и для “небесного” глобуса – небесной сферы.
Небесная сфера и положение наблюдателя. Если наблюдатель сдвинется, то сдвинется и вся видимая им сфера
Элементы небесной сферы
Небесная сфера имеет ряд характерных точек, линий и кругов, рассмотрим основные элементы небесной сферы.
Вертикаль наблюдателя — прямая, проходящая через центр небесной сферы и совпадающая с направлением нити отвеса в точке наблюдателя. Зенит — точка пересечения вертикали наблюдателя с небесной сферой, расположенная над головой наблюдателя. Надир — точка пересечения вертикали наблюдателя с небесной сферой, противоположная зениту.
Истинный горизонт и стороны света
Истинный горизонт — большой круг на небесной сфере, плоскость которого перпендикулярна к вертикали наблюдателя. Истинный горизонт делит небесную сферу на две части: надгоризонтную полусферу, в которой расположен зенит, и подгоризонтную полусферу, в которой расположен надир.
Ось мира или земная ось
Ось мира (Земная ось) — прямая, вокруг которой происходит видимое суточное вращение небесной сферы. Ось мира параллельна оси вращения Земли, а для наблюдателя, находящегося на одном из полюсов Земли, она совпадает с осью вращения Земли. Видимое суточное вращение небесной сферы является отражением действительного суточного вращения Земли вокруг своей оси. Полюсы мира —точки пересечения оси мира с небесной сферой. Полюс мира, находящийся в области созвездия Малой Медведицы, называется Северным полюсом мира, а противоположный полюс называется Южным полюсом.
Небесный экватор — большой круг на небесной сфере, плоскость которого перпендикулярна к оси мира. Плоскость небесного экватора делит небесную сферу на северную полусферу, в которой расположен Северный полюс мира, и южную полусферу, в которой расположен Южный полюс мира.
Небесный меридиан, или меридиан наблюдателя — большой круг на небесной сфере, проходящий через полюсы мира, зенит и надир. Он совпадает с плоскостью земного меридиана наблюдателя и делит небесную сферу на восточную и западную полусферы.
Точки севера и юга на небесной сфере
Точки севера и юга — точки пересечения небесного меридиана с истинным горизонтом. Точка, ближайшая к Северному полюсу мира, называется точкой севера истинного горизонта С, а точка, ближайшая к Южному полюсу мира, — точкой юга Ю. Точки востока и запада — точки пересечения небесного экватора с истинным горизонтом.
Полуденная линия — прямая линия в плоскости истинного горизонта, соединяющая точки севера и юга. Полуденной называется эта линия потому, что в полдень по местному истинному солнечному времени тень от вертикального шеста совпадает с этой линией, т. е. с истинным меридианом данной точки.
Южная и северная точки небесного экватора
Южная и северная точки небесного экватора — точки пересечения небесного меридиана с небесным экватором. Точка, ближайшая к южной точке горизонта, называется точкой юга небесного экватора, а точка, ближайшая к северной точке горизонта, — точкой севера небесного экватора.
Вертикал светила, или круг высоты, — большой круг на небесной сфере, проходящий через зенит, надир и светило. Первый вертикал — вертикал, проходящий через точки востока и запада.
часовой круг светила
Круг склонения, или часовой круг светила, — большой круг на небесной сфере, проходящий через полюсы мира и светило.
Суточная параллель светила
Суточная параллель светила — малый круг на небесной сфере, проведенный через светило параллельно плоскости небесного экватора. Видимое суточное движение светил происходит по суточным параллелям.
Альмукантарат светила — малый круг на небесной сфере, проведенный через светило параллельно плоскости истинного горизонта.
Все отмеченные выше элементы небесной сферы активно используются для решения практических задач ориентирования в пространстве и определения положения светил. В зависимости от целей и условий измерения применяют две отличающиеся системы сферических небесных координат.
В одной системе светило ориентируют относительно истинного горизонта и называют эту систему горизонтальной системой координат, а в другой — относительно небесного экватора и называют экваториальной системой координат.
В каждой из этих систем положение светила на небесной сфере определяется двумя угловыми величинами подобно тому, как при помощи широты и долготы определяется положение точек на поверхности Земли.
источник: по книге “Авиационная астрономия”
Полярная звезда
Она указывает путь. Но лишь временно
Наверное это самая популярная звезда среди людей. Причем, ее популярность начала расти еще в те давние времена, когда Солнце за звезду не считали. Но если быть справедливым, то её “звездный час” наступил по историческим меркам относительно недавно, и по ним же — довольно скоротечен.
Её подозревают в какой-то особенной яркости, но она не самая яркая, а довольно заурядная в этом смысле. Кто-то считает, что она самая близкая. Но и это — неправда. Бытует мнение, что Полярная звезда видна всюду на Земле, и во всех морях и пустынях планеты можно прокладывать по ней курс. Но и это неверно. Истинную причину важности этого светила знают лишь знакомые с астрономией люди.
Чем же так знаменита Полярная звезда?
Прежде всего своим положением на небесной сфере, которое отдалено от Северного полюса мира — точки на небесной сфере, где с воображаемой сферой пересекается воображаемая ось вращения Земли — на очень малую величину. Положение Полярной звезды в первом приближении совпадает с этой точкой.
Как-то много абстракции, требующей особого воображения — неправда ли?
На самом деле все просто. Если линию, соединяющую полюса Земного шара — северный и южный — продлить в северном направлении, эта линия с высокой степенью точности укажет на Полярную звезду.
Глядя на это светило из любой точки северного полушария Земли, мы всегда будем видеть, куда направлена земная ось вращения.
А вот, в южном полушарии планеты Полярная звезда, увы, не видна. Ни зимой, ни летом. Никогда.
Поэтому для морской навигации её применение ограничено.
Но именно навигационное применение и сделало эту звезду столь популярной. Ведь мореходство начиналось именно в северном полушарии.
Для капитанов судов и штурманов было очень просто найти эту звезду на небе, опустить от неё отвесную линию вниз, и найти таким образом точку севера, а значит и все направления в открытом море (восток, юг, запад), где других ориентиров больше нет. Только звезды.
Но звезды с течением времени меняют свое положение по отношению к горизонту — восходят, заходят — за ночь перемещаются порой через все небо. Нельзя вести корабль по звезде, которая сама еще куда-то движется, пусть даже движение это иллюзорно и вызвано вращением нашей планеты.
И только Полярная звезда всегда сияет над точкой севера
Для наблюдателя, находящегося на северном полюсе, Полярная звезда окажется точно у него над головой — в зените. Чем южнее будет находится наблюдатель, тем ближе к горизонту будет для него Полярная звезда. На экваторе Полярная звезда будет видна ровно на линии математического горизонта. Влияние атмосферы и округлость Земли позволят её увидеть чуть выше открытого горизонта в пустыне, степи или в море. Но если быть довольным точностью в ±1°, то высота Полярной звезды над горизонтом, выраженная в градусах, сообщит нам широту нашего местонахождения. Согласитесь, для морской навигации это очень удобно. Вышел ночью на палубу, измерил морским секстантом высоту Полярной звезды, и все — широту местонахождения своего корабля ты уже знаешь.
Специальные таблицы и поправки на рефракцию позволят определить широту места наблюдения по Полярной звезде еще во много раз точнее — уже не с точностью до градуса, а с точностью до одной-двух угловых минут, что соответствует паре-тройке километров. И этого вполне достаточно, чтобы найти нужный остров, даже очень небольшой.
Увы, с определением долготы Полярная звезда нам никак не поможет. Для этого есть другие методы. Но эта статья не о морской навигации.
Как-так получилось, что эта звезда оказалась столь близко к Северному полюсу мира на небесной сфере? Как давно она там?
Это в большей степени игра и воля случая. Например, близ южного полюса мира сравнимой по яркости звезды нет. В океанах и морях южного полушария до начала эры GPS с навигацией было несколько сложнее.
И даже в северном полушарии, но пару тысяч лет назад никто не водил корабли по Полярной звезде. Она тогда даже не имела такого названия.
Полярной альфа Малой медведицы называется относительно недавно. Только в эпоху Возрождения её стали именовать так — с легкой руки голландского картографа Геммы Фризуса, который в 1547 году описал её в одной из своих работ как “stella illa quae polaris dicitur”. И это к ней пристало. Хотя в те годы она была в 4 раза дальше от полюса, чем ныне.
А ранее альфа Малой медведицы именовалась у разных народов по разному. Греки называли её “Киносура” — “собачий хвост”, и видели вокруг нее вовсе не медведицу, а собаку — ту самую псинку, которая последовала на небо за своей хозяйкой — нимфой Каллисто, превращенной ревнивой Герой в Медведицу, но спасенной Зевсом и вознесенной на небеса.
Древние кельты именовали её “Корабль-звезда” — “Scip-steorra” — что-то они такое о будущем применении этого светила уже знали.
А древние арабы, давшие имена практически всем видимым небе звездам, называли Полярную “Аль-Джудей”, что переводится просто как “Отец”. Большое количество арабских названий звезд используются в астрономии и по сей день. Но древнее имя Полярной звезды оказалось вытесненным и практически забытым.
Как бы то ни было, но в античные времена, откуда дошли до нас все упомянуты астронимы Полярной звезды, это светило для навигации, ориентации на местности и близких к тому дел не использовалось. Оно было далеко от полюса.
Во времена Архимеда и Пифагора роль “полярной звезды” выполняла другая звезда — бета Малой медведицы с арабским именем “Кохаб” («Кохаб-эль-шемали» — полное название этой звезды), что, и переводится, как “Звезда севера”. А еще ранее — в эпоху строительства пирамид — актуальной в этом смысле — самой близкой к Северному полюсу Мира — была альфа Дракона — звезда по имени “Тубан”.
Разумеется, никакого Дракона тогда на звездных картах не было
Как мы теперь можем понимать, Северный полюс мира медленно дрейфует по звездной карте, перемещаясь от звезды к звезде, и делая полный круг за 26 тысяч лет. Сейчас он сближается с Полярной звездой, и ближе всего подойдет к ней в 2102 году — через 80 лет. Минимальное расстояние Полярной от Северного полюса мира составит 27 угловых минут — чуть меньше лунного диска. Сейчас же это почти градус.
С течением времени Полярная звезда перестанет быть “полярной” и уступит место гамме Цефея — через две тысячи лет. А еще 10 000 лет спустя “полярной” звездой для жителей северного полушария Земли станет ослепительная красавица Вега — альфа созвездия Лиры.
Что еще интересного можно сказать о Полярной звезде?
Эта звезда, как уже здесь упоминалось, возглавляет собой небольшое созвездие — Малую медведицу — являясь в нем альфой и самой яркой звездой. Справедливости ради надо сказать, что бета Малой медведицы — уже знакомый нам Кохаб — лишь на несколько сотых долей звездной величины слабее Полярной, и для глаза разницы не будет.
Яркость Полярной звезды сравнима с блеском звезд ковша Большой медведицы, с помощью которых обычно и находят Полярную. Если продлить отрезок, соединяющий крайние звезды ковша, пять раз, мы увидим не очень яркую звезду — всего лишь 2-й звездной величины — и это как раз будет Полярная.
Для большинства людей она ничем не выделяется на небе кроме своего положения. Астрономы, конечно нашли у этой звезды ряд особенностей и уникальных свойств.
Полярная — кратная звезда. В любительский телескоп можно (хотя и сложно) увидеть слабую (8-й звездной величины) звездочку спутник — Polaris B. Гораздо ближе к главной звезде расположен еще один компонент этой системы — Polaris Ab — он доступен лишь телескопу имени Хаббла, или сравнимому с ним по зоркости. На некотором отдалении от этой “троицы” медленно плывут рядом в том же направлении еще две звезды. Астрономы не определились до сих пор с их статусом — связаны ли эти звезды с Полярной в единую устойчивую систему, или это участники нестабильного рассеянного мини-скопления, которое со временем разлетится.
Вокруг Полярной звезды астрономы выделили некоторое количество звезд постоянной светимости — Северный полярный ряд — это звезды фотометрического стандарта. Их постоянная высота над горизонтом позволяет служить опорой для определения блеска других звезд, так как степень поглощения их света атмосферой одна и та же, если небо ясное и прозрачное, ведь высота над горизонтом не меняется.
Было время, когда Полярная входила в их число и служила образцом стабильной звезды.
Сейчас известно, что Полярная пульсирует меняя свою яркость по тому же закону, что и большинство цефеид — переменных звезд типа дельты Цефея. Но у Полярной обнаружилась странность, делающая её уникальной цефеидой. Во-первых амплитуда изменения блеска у Полярной очень небольшая — сотые доли звездной величины — поэтому её и считали стабильной, когда не было точных фотометров. Плюс к этому, и так незначительная, апмлитуда изменение блеска Полярной звезды за время её изучения уменьшилась в 4 раза, а общая яркость звезды возросла — за прошедшее столетие Полярная звезда стала ярче примерно за 0.2m, что для астрономии немало.
К чему приведет такая — происходящая на наших глазах — эволюция Полярной звезды, пока неизвестно.
Расстояние до Полярной звезды велико. По разным оценкам оно составляет от 300 до 500 световых лет (по последним данным 447 световых лет, и оно сокращается). Большой разброс связан с тем, что точно измерить расстояние методом параллакса для столь далеких светил не представляется возможным. Но в любом случае Полярная в разы дальше звезд ковша Большой медведицы, с которыми визуально она одной яркости. А значит её реальная светимость существенно выше, чем светимость звезд ковша.
Полярная звезда относится в классу сверхгигантов. Имеет бело-желтый оттенок — в чем-то близкий к солнечному, но по светимости превосходит Солнце в полторы тысячи раз, а по массе — вшестеро.
Такие звезды не живут очень долго, и через несколько миллионов лет Полярная вспыхнет сверхновой. Но до того времени у неё есть шанс еще несколько раз вновь стать путеводной звездой для жителей планеты Земля.
В завершении статьи музыкальный бонус — для тех, кто осилил весь текст. Пьеса, посвященная нимфе Каллисто, упомянутой в статье, чья собака несет в своем хвосте столь важную для нас Полярную звезду.
Композиция «Нимфа Каллисто» присутствует в моем альбоме «Звездный мост».
Полярная звезда
Полярная звезда, вероятно, самая известная звезда на небе. Полярная звезда является самой яркой звездой в созвездии Малая Медведица, ее также называют иногда путеводной, из-за того, что всегда указывает север. Она расположена очень близко к северному небесному полюсу мира, что делает его нынешней северной Полярной звездой. В настоящую эпоху Полярная находится менее чем в 1° от Северного полюса мира, и поэтому почти неподвижна при суточном вращении звёздного неба. Она очень удобна для ориентирования: направление на неё практически совпадает с направлением на север, а высота над горизонтом равна географической широте места наблюдения.
Как найти Полярную звезду?
Необходимо отыскать семь практически одинаковых по яркости звезд Большой Медведицы, образующих фигуру Большого Ковша, хорошо известную даже людям, далеким от астрономии. Широкую часть Большого Ковша, противоположную «хвосту», образуют две звезды — Мерак «внизу» и более яркая Дубхе «сверху». Между этими двумя звездами проводим прямую от менее яркой Мерак в сторону яркой — Дубхе. На расстоянии, равном 5 расстояниям от Мерака к Дубхе, вы найдете кончик «хвоста» Малой Медведицы и Полярную звезду. Она ярчайшая в том районе, так что ошибиться трудно. В большинстве мест Северного полушария Земли эти звезды не заходят за горизонт, а значит видны всю ночь. Правда, из-за большого поглощения света их трудно различить там, где вечерами они расположены низко над горизонтом.
Полярная звезда неподвижна
Уникальность Полярной звезды в том, что она находится ближе других звезд, видимых невооруженным глазом, к северному полюсу мира. Из-за этого она все время находится фактически на одном и том же месте, вне зависимости от времени суток и года. Большая и Малая Медведицы, как и другие созвездия, постоянно кружат по небу вокруг Полярной звезды — Ковш Малой Медведицы может быть и перевернут, и стоять «на ребре». 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. Неподвижность Полярной звезды вот уже полторы тысячи лет делает ее верным ориентиром для мореплавателей, скотоводов и путешественников.
Полярная — самая яркая звезда в созвездии Малой Медведицы
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.
Полярная — самая яркая звезда в созвездии Малой Медведицы. Полярная звезда имеет видимый блеск +1,97, то есть она является звездой второй величины, которых на небе можно видеть несколько десятков. А мнение о том, что Полярная звезда является едва ли не самой яркой на небе Северного полушария, связано с тем, что она имеет особенное положение. Эта звезда находится почти в точке Северного полюса мира, что определило ее важность для навигации.
Ориентация на местности по Полярной звезде
Если вдруг вас застала ночь посреди дикой природы, место для ночлега не подходящее, а компас вы оставили дома или разбили, тут-то вам и пригодится умение ориентироваться по звездам.Направление на Полярную звезду совпадает с направлением на север, а её высота над горизонтом совпадает с широтой наблюдателя. Для северного полушария, самым главным ориентиром на ночном небе является Полярная звезда. Она единственная не «путешествует» по небосводу, всегда расположена в полярном секторе небосвода и указывает строго на север. Именно в этой особенности ее ценность для тех, кто хочет сориентироваться на незнакомой местности. Итак, Полярную звезду мы научились определять по созвездиям Малой и Большой Медведицы и теперь знаем где север. Как же определить остальные стороны света? Ну, это вообще просто. Мы становимся лицом на север – за спиной у нас будет юг, по правую руку восток, по левую – запад.
Еще одна важная и интересная особенность Полярной это ее высота над горизонтом. Из-за близости к полюсу мира наша героиня практически неподвижна для данного места. Но ее высота над горизонтом может варьировать в зависимости от места вашего пребывания! Так, вот, если вы находитесь точно на Северном полюсе, вы увидите ее почти точно в зените, а если на экваторе (фактически на воображаемом «боку» нашей планеты), то Полярная почти точно находится на горизонте. Поэтому, высота ее над горизонтом помогает определять широту вашего местоположения. Мореплаватели прошлого, чтобы узнать, как далеко они проплыли к северу или югу измеряли каждую ночь угол между Полярной и горизонтом по направлению на север.
Полярная звезда в астрономии
Полярная звезда на самом деле представляет собой тройную звёздную систему. В центре системы располагается сверхгигант Полярная А (α UMi A), превосходящий наше Солнце по яркости в 2000 раз и по массе в 4,5 раза. Как и подавляющее большинство звезд, видимых на небе невооруженным глазом, Полярная звезда А гораздо ярче Солнца. Спектральные исследования показали, что звезда принадлежит к классу звезд-сверхгигантов. Ее радиус в 46 раз больше радиуса Солнца. Полярная B (α UMi B) массой 1,39 массы Солнца расположена на приличном удалении от Полярной А, поэтому разглядеть её в телескопы нетрудно даже с поверхности Земли. В 1929 году при изучении спектра Полярной было выявлено, что Альфа Малой Медведицы является близкой двойной звездой, что было предсказано более ранними наблюдениями в 1924 году (Moore, J.H and Kholodovsky, E. A.). Компаньон Полярной A находится в 18,5 а. е. Полярная P (α UMi P или α UMi a, или α UMi Ab) обладает массой 1,26 массы Солнца и располагается к сверхгиганту настолько близко, что сфотографировать его удалось лишь телескопу «Хаббл», и то лишь после перенастройки оборудования. Приблизительный период обращения Полярной P вокруг α UMi A составляет около 30 лет. Полярная B обращается вокруг двойной системы α UMi A/P прибл. за 100 000 лет. Есть ещё также два далёких компонента, получивших обозначение α UMi C и α UMi D, но это гораздо более старые звёзды и физически они не связаны с Полярной звездой.
Полярная звезда (Альфа Малой Медведицы (α UMi), также — Киносура) — звезда +2,0 m звёздной величины в созвездии Малой Медведицы, расположенная вблизи Северного полюса мира. Это сверхгигант спектрального класса F7Ib. Расстояние до Земли — 434 световых года.
В 1990 году европейский космический телескоп Hipparcos оценил расстояние до Полярной звезды в 434 световых года. Измерения 2012 года с высоким разрешением, выполненные группой астрономов под руководством Дэвида Тёрнера из канадского университета Сент-Мэри, использовавших данные российского шестиметрового телескопа БТА, дают оценку расстояния до Полярной звезды в 99 парсек (323 световых года).
Расстояние до Полярной звезды, как до типовой цефеиды, используется для оценки расстояний до других галактик. Уточнение этого расстояния может привести и к уточнению шкалы расстояний, и к ограничению значения массы тёмной материи.
Множество имён Полярной звезды
Пожалуй, никакая другая звезда не имеет столько имен, сколько имеет Полярная. Почти все множество имен указывает на главные её признаки: нахождение в созвездии Медведицы, 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», «Северный гвоздь», «Прикол-звезда», «Железный кол» — названия, которые можно найдти в тюркских и финно-угорских языках. В Россию имя Полярная звезда пришло из немецкого языка во время правления Петра I. До этого у Полярной звезды было другое имя, имеющее, впрочем, тот же смысл — «Северная звезда». Более поэтично называли Полярную хакасы — «Привязанный конь». А для эвенков Полярная звезда виделась как «Дыра в небе». Самым известным из таких имен является, пожалуй, имя Киносура, которое происходит от греческого слова и переводится как — «хвост собаки». Так называли Полярную звезду древние греки и римляне. Интересно, что на древних картах Полярная звезда действительно отмечает собой хвост, но не собачий, а длинный, не существующий в природе, хвост Медведицы.