Астрономия

DjVu

      ОТ РЕДАКТОРА ПЕРЕВОДА
      Предлагаемая в переводе на русский язык книга профессора Городского университета Нью-Йорка Дины JI. Моше представляет собой самоучитель, по астрономии для всех желающих познакомиться с основами этой науки и не имеющих специальной подготовки ни в области математики, ни в области физики. Тем самым применительно к условиям в СССР книга Дины Моше адресована преимущественно учащимся среднего и старшего школьного возраста. Она может быть использована как введение в астрономию и космические исследования либо как дополнительный материал к другим доступным учебникам. Педагогам, руководителям астрономических кружков и методистам она будет интересна как своеобразная методическая разработка, тем более что порядок изложения материала автором и сам характер его отбора перекликаются с советским школьным курсом астрономии для X класса.
      Ценными в книге являются описания простейших экспериментов, позволяющие глубже усвоить используемые понятия, а также специальные звездные карты, с которыми можно выйти под открытое небо и на практике увидеть изучаемые небесные объекты.
      Книга Дины Моше издана в большой серии самоучителей. Издательский опыт в подготовке такого рода самоучителей плодотворно сказался на общем построении книги — ее компактности, простоте и ясности иллюстраций, отточенности и образности языка, наличии вопросов для самоконтроля. Большую роль, без сомнения, сыграл и опыт автора в популяризации науки: Дина Моше преподает физику и астрономию, ее перу принадлежат многочисленные научно-популярные книги.
      Книга Д. Моше впервые увидела свет в 1978 г. Русский перевод осуществлен с ее второго издания 1981 г., в котором появились добавления, исправления и улучшения.
      Работа учащихся с данным самоучителем по своему характеру будет отличаться от работы с учебником; она требует большей сосредоточенности и несколько иного подхода. Можно, например, рекомендовать следующее: при чтении вопроса предварительно закройте ответ чистым листом бумаги; обдумав ответ, запишите его и только после этого сравните с ответом в самоучителе.
      При подготовке русского издания переводчики и редактор стремились как можно полнее сохранить строй книги, вместе с тем сделав ее удобной для практического использования советскими школьниками. В этих целях список рекомендованной литературы на английском языке был заменен на аналогичный список литературы, изданной в СССР. Во всех необходимых случаях принятые в англоязычных странах меры в милях, ярдах, футах, дюймах, фунтах, унциях и т. п. переведены в метрическую систему.
      Для сведения напомним перевод некоторых англо-американских единиц измерений в метрические:
      1 дюйм = 25,4 мм,
      1 фут = 12 дюймам =304,8 мм,
      1 ярд = 3 футам =36 дюймам =91,44 см,
      1 миля (сухопутная) = 1760 ярдам = 1609 м,
      1 морская миля = 6080 футам = 1853,2 м.
      В очень немногих случаях вопросы для самоконтроля переформулированы таким образом, чтобы они отвечали условиям наблюдений с территории СССР. Сделаны также отдельные уточнения, связанные с устоявшейся русской терминологией. Мы не хотели усложнять текст дополнительными комментариями, и поэтому краткие примечания редактора помещены лишь в исключительных случаях.
      Думается, что перевод на русский язык книги Д. Моше способен оказать позитивное влияние на повышение интереса к астрономии учащихся 6 — 8 классов, на постановку самостоятельных астрономических наблюдений.
      А. Гурштейн
     
      Введение
      ВЗГЛЯД НА ВСЕЛЕННУЮ
     
      Этот большой мир существует независимо от нас, людей, и стоит перед нами как огромная вечная загадка, доступная, однако, по крайней мере отчасти, нашему восприятию и нашему разуму.
      А. Эйнштейн
     
      Ясной ночью там, где небо действительно темное, вы можете увидеть невооруженным глазом около двух тысяч звезд.
      Когда вы смотрите на звезды, то вправе задуматься над вопросами: каково устройство или предназначение звездного неба? Каково мое место в безбрежном космосе? Не думайте, что вы одни задаете эти вопросы. Красота и таинственность мироздания привлекала людей всегда.
      Астрономия древнейшая из наук и самая молодая. Волнующие открытия достигаются сегодня с помощью самых сложных приборов и методов. И тем не менее преданные делу любители могут еще внести в астрономию важный вклад.
      Эта книга научит вас основам астрономии. По мере того как ваши знания станут углубляться, вы сможете получать больше радости от наблюдений звезд, глубже вникать в то, что читаете, начиная от астрономии древности до новейших астрофизических теорий.
      При самостоятельном изучении астрономии обращайте внимание на условные значки, которые обозначают:
      пользуйтесь звездными картами (на форзацах книги). Эти специальные, легко читаемые звездные карты помогут вам найти и опознать наиболее интересные объекты на небе;
      проводите дома простейшие опыты и наблюдения, которые проиллюстрируют основную идею.
      А теперь сосредоточьтесь и начинайте читать.
      Наш дом — планета Земля, крохотный бело-голубой шар диаметром примерно 13 000 км, висящий в безбрежном пространстве. Земля принадлежит Солнечной системе.
      Солнечная система состоит из единственной звезды — нашего Солнца — и девяти планет с их спутниками, тысяч астероидов, комет, бесчисленных частичек пыли, и все это обращается вокруг Солнца. Поперечник Солнечной системы составляет примерно 13 • 109 км.
      Солнце и Солнечная система расположены в одном из гигантских спиральных рукавов Галактики, называемой Млечным Путем Наша Галактика содержит более 100 млрд. звезд, межзвездный газ и пыль, и все это обращается вокруг ее центра. Поперечник Галактики составляет примерно 100 000 световых лет (один миллиард миллиардов километров).
      Наша Галактика — это лишь одна из миллионов галактик, которые заполняют все окружающее нас пространство вплоть до края обозримой Вселенной примерно на 12 млрд. световых лет (116 10 км).
     
      Глава первая. ИЗУЧЕНИЕ ЗВЕЗДНОГО НЕБА
     
      1. Ясной темной ночью небо предстает как гигантская опрокинутая чаша, усыпанная звездами, и нам становится понятно, почему древние считали звездное небо огромной сферой, вращающейся вокруг Земли. Сегодня мы знаем, что звезды — это далекие, ярко горящие солнца, находящиеся в пространстве на различных расстояниях от Земли. Земля же за сутки совершает один оборот вокруг своей оси (воображаемой линии, проходящей через северный и южный полюса и центр Земли).
      Но представление о небе как об огромном, пустом, вращающемся глобусе с Землей в центре и небесными объектами на его внутренней поверхности остается удобным. Астрономы называют такую воображаемую картину неба небесной сферой.
      Астрономы используют небесную сферу для отнесения к ней положений звезд, галактик, путей Солнца, Луны и планет. Когда вы будете смотреть на звезды, воображайте, что смотрите на них изнутри небесной сферы.
      Почему при наблюдении с Земли вам кажется, что в течение ночи звезды перемещаются по небесной сфере?
      Потому что Земля вращается вокруг своей оси внутри небесной сферы. Когда вы станете проводить первые наблюдения звезд, может показаться, что вы никогда не сумеете отличить одну звезду от другой. Не пугайтесь, сумеете. На форзацах помещены звездные карты, составленные специально для начинающих любителей астрономии, живущих в средних широтах севернее 40° с. ш.
      Все небо можно разбить на участки, внутри которых звезды как бы группируются в различные фигуры. Эти участки неба называются созвездиями. Умение отыскивать основные созвездия поможет вам ориентироваться и в отдельных Звездах.
      В Приложении 1 приводится список некоторых из 88 официально принятых созвездий. Наиболее значительные, хорошо известные созвездия, сияющие в наших широтах, представлены на звездных картах.
      Тысячи лет назад люди называли созвездия в честь жцвот-ных (например, Лев) или мифологических героев (например,-Орион — Охотник). Более двух тысячелетий назад древние греки дали имена сорока восьми созвездиям.
      Сегодня астрономы используют эти древние названия созвездий просто как обозначения 88 участков неба. С помощью созвездий они отыскивают на небе те или иные объекты. Например, если сказать, что Марс находится в созвездии Льва, то это поможет найти планету так же легко, как и указание, что Хьюстон расположен в штате Техас.
      Посмотрите на звездные карты. Обратите внимание на пунктирную линию, обозначающую эклиптику (видимый путь Солнца на фоне звезд). Двенадцать созвездий, расположенных вдоль эклиптики, называются созвездиями Зодиака (мы поговорим о них в разделе 1.17). Напишите, используя звездные карты, названия двенадцати зодиакальных созвездий.
      Рыбы, Овен, Телец, Близнецы, Рак, Лев, Дева, Весы, Скорпион, Стрелец, Козерог, Водолей.
      3. Внимательно изучите звездные карты. Вы заметите, что некоторые созвездия присутствуют на всех четырех картах. На широте примерно 40° с. ш. эти околополярные созвездия наблюдаются над горизонтом в северной стороне неба в течение всего года.
      Напишите названий трех околополярных созвездий, расположенных рядом с Полярной звездой, и нарисуйте их очертания.
      Три околополярных созвездия, которые вы сможете найти на картах, — это Кассиопея, Цефей и Малая Медведица. После того как вы запомните их очертания, попытайтесь найти их над го-ризонтом в северной стороне неба. Примечание: севернее 40° с. ш. Большая Медведица и Дракон также никогда не заходят под горизонт и считаются околополярными созвездиями.
      4. Во время наблюдений под открытым небом для отыскания созвездий и звезд используйте звездные карты.
      Выберите ту, которая дает картину звездного неба в месяц и час ваших наблюдений. Поверните карту таким образом, чтобы слово, обозначающее часть горизонта, куда вы стоите лицом, оказалось внизу. Тогда звездная карта представит картину неба, которую можно наблюдать от горизонта до зенита (точка на небесной сфере, расположенная прямо над головой).
      Например, если в первых числах апреля в 22 ч 00 мин вы стоите лицом к северу, поверните карту так, чтобы слово «север» было внизу. Над горизонтом вы сможете наблюдать Кассиопею, Цефея, малый ковш в Малой Медведице и большой ковш в Большой Медведице.
      Назовите известное созвездие, которое сияет на небе в южной стороне в 20 ч 00 мин в начале февраля.
      Орион.
      5. Созвездия над южной частью горизонта перемещаются в течение ночи и меняются в зависимости от времени года. Поверните карту так, чтобы слово «юг» было внизу. Используйте звездную карту для отыскания наиболее известных созвездий, которые появляются в различные времена года (такие, как Лев весной и Орион зимой).
      Найдите и зарисуйте три созвездия, которые можно видеть в это время года.
      Ответ будет зависеть от времени года. Например, если вы читаете эту книгу весной, то можно выбрать созвездия Льва, Девы и Волопаса.
      6. Уже давно более 50 ярких звезд получили собственные названия: арабские, греческие или латинские. Имена ярких или знаменитых звезд напечатаны на звездных картах мелкими буквами. Хотя многие другие звезды также имеют имена, астрономы обычно обозначают их буквами греческого алфавита или номерами из каталогов, но эти сведения на картах не приводятся.
      Назовите три яркие звезды, которые образуют вершины знаменитого летнего треугольника. Воспользуйтесь звездной картой на летнее время. Пронаблюдайте летний треугольник в течение лета.
      Вега, Денеб, Альтаир.
      7. Некоторые звезды на небе выглядят ярче других. Звездной величиной называют меру того, насколько ярким выглядит небесный объект при наблюдениях с Земли. Небесные объекты могут казаться яркими потому, что они излучают много света, или потому, что они расположены близко к Земле.
      Во II в. до н. э. греческий астроном Гиппарх разделил все звезды по блеску на шесть классов, или звездных величин. К первой звездной величине были отнесены самые яркие объекты, а к шестой — самые слабые.
      Современные астрономы также используют подобную классификацию. Но вместо глазомерной оценки блеска для его определения применяются специальные приборы — фотометры. Звездные величины самых ярких звезд отрицательные: самая яркая звезда неба Сириус имеет звездную величину — 1,5. А самые слабые объекты, видимые лишь в мощные телескопы, имеют звездную величину примерно до + 24. Разница блеска двух объектов в одну звездную величину означает, что отношение их блеска составляет примерно 2,5. Звездные величины звезд указаны на ваших картах неба.
      Пример. Звезды, у которых звездная величина равна 0, как у Веги, кажутся в 2,5 раза ярче звезд 1-й величины, таких, как Денеб, и примерно в 6,3 раза ярче Полярной, у которой 2-я звездная величина (подробнее о звездных величинах мы расскажем далее в разделе 3.14).
      Что понимают астрономы под «звездной величиной»?
      Насколько ярко выглядит небесное светило.
      8. Чем больше вы узнаете о звездах и их движениях, тем больший интерес будут представлять их наблюдения. Небесный глобус поможет вам найти объекты на небе, так же как земной глобус помогает отыскать нужные места на Земле.
      Вспомните, как работают с картой Земли. Мы рисуем земную поверхность и наносим на ней воображаемую координатную сетку. Местоположения всех точек отсчитываются от двух основных нулевых линий. Одна из них — экватор — это большой круг на полпути между северным и южным полюсами, который делит глобус на два равных полушария. Другая — начальный меридиан — проходит от полюса до полюса через Гринвич (Англия).
      Воображаемые линии, параллельные экватору, называются линиями равных широт или параллелями. Такие же линии, проходящие через полюса, называются линиями равных долгот или меридианами. Расстояния на земной сфере измеряются в градусах путем деления круга на 360 частей.
      На Земле можно найти любой город, если известны его координаты (широта и долгота).
      9. Подобно тому как наносят на земной глобус линии широт и долгот, астрономы наносят воображаемые вертикальные и горизонтальные линии на небесную сферу. Угловые расстояния вверх и вниз от небесного экватора называются склонениями (б). Угловое расстояние от нулевой точки на небесном экваторе (точки иесеннего равноденствия), отсчитываемое в восточном направлении, называется прямым восхождением (а). Прямое восхождение обычно измеряется в часах, причем 1Л=15°. Так же как.на Земле любой город может быть найден по его земным координатам — широте и долготе, любой небесный объект может быть найден по его небесным координатам — прямому восхождению и склонению.
      Определите координаты звезды, показанной на рисунке 1.3.
      Рис. 1.2. Глобус Земли.
      10. Каждая звезда занимает на небесной сфере вполне определенное место. Прямые восхождения и склонения звезд с гечением времени изменяются очень мало и могут быть определены с помощью звездного глобуса или звездных атласов (см., например, таблицу 1.1. Мы еще обратимся к этой таблице позже, когда в последующих главах глубже познакомимся с содержащимися в ней данными).
      Положение Солнца, Луны и планет на небесной сфере постоянно изменяется. Их координаты приводятся в периодических астрономических изданиях (см. список литературы).
      Можете ли вы объяснить, почему на протяжении любого достаточно длительного промежутка времени звезды могут быть найдены на небесной сфере по тем же самым координатам, в то время как Солнце, Луна и планеты постоянно изменяют свое положение?
      Звезды слишком далеки от Земли, чтобы их движение было заметно невооруженным глазом, хотя они двигаются в различных направлениях со скоростями во много километров в секунду. Солнце же, Луна и планеты гораздо ближе к Земле. Мы видим их перемещение на фоне далеких звезд.
      И. Круги склонения и прямого восхождения зафиксированы на небесной сфере и двигаются вместе с ней, когда она вращается вокруг наблюдателя. Но есть линии, положение которых зависит только от местонахождения наблюдателя, и они вместе с ним остаются неподвижными, в то время как все небесные объекты двигаются.
      Математический горизонт представляет собой большой круг на небесной сфере на угловом расстоянии 90° от точки зенита данного наблюдателя. Зенит — это точка на небесной сфере, расположенная прямо над головой наблюдателя. Хотя небесная сфера вся усеяна звездами, наблюдатель может видеть только те
      из них, которые находятся над юризонтом. Большой круг, проходящий через зенит и точки севера и юга на горизонте данного наблюдателя, называется небесным меридианом. (Над горизонтом находится только половина небесного меридиана.)
      Пользуясь рисунком 1.4, найдите зенит, математический горизонт и небесный меридиан наблюдателя.
      (а) зенит; (Ь) небесный меридиан; (с) горизонт.
      12. Выйдите под открытое небо и, представив себя в центре огромной небесной сферы, попытайтесь определить положение точки зенита, математического горизонта и небесного меридиана.
      Лучше всего это сделать темной, ясной, звездной ночью. Встаньте лицом к югу. В течение ночи несколько раз пронаблюдайте звезды около небесного меридиана. Опишите ваши наблюдения.
      Звезды движутся с востока на запад и пересекают небесный меридиан. Это происходит из-за вращения Земли с запада на восток.
      Рис. 1.4. Вид небесной сферы с точки зрения наблюдателя.
      13. Звезды, которые вы наблюдаете, и характер их видимых перемещений зависят от широты места наблюдения. На разных широтах мы видим разные звезды.
      Если в одну и ту же ночь посмотреть на звездное небо с Неверного и с Южного полюсов Земли, то будут видны совершенно разные звезды. Земля загораживает часть звездного неба и для наблюдателя делит его на две половины.
      Ориентироваться на небесной сфере можно с помощью сторон горизонта и точки зенита. Северный полюс мира расположен над точкой севера горизонта на высоте, равной географической широте места наблюдения. Местоположение северного полюса мира «отмечено» на небе Полярной звездой, которая отстоит от него примерно на 1°.
      Где бы вы искали Полярную звезду, если бы находились в следующих местах:
      (а) на Северном полюсе? (Ь) на экваторе? (с) на широте 40° с. ш.? (d) у себя дома?
      (а) в точке зенита; (Ь) на горизонте; (с) на высоте 40° над горизонтом; (d) над северной точкой горизонта на высоте, равной географической широте вашего дома.
      14. Из-за своего положения вблизи северного полюса мира Полярная звезда уже давно используется для навигации. Это не очень яркая звезда Ее можно отыскать с помощью двух «указательных» звезд Дубхе и Мерак в ковше Большой Медведицы.