Ориентировка по звёздам

DjVu

Блестящие достижения советской науки и техники в области космических полетов — первый в мире спутник Земли, первая ракета на Луне, первая ракета на пути к Венере, первый космический корабль-спутник и первый человек на борту космического корабля, совершившего полет во Вселенную, — привлекают все больше людей к изучению практической астрономии.
      В предлагаемой вниманию читателей книге рассказывается о том, какое большое практическое значение для человека имеет ориентировка по звездам и другим небесным светилам, как самостоятельно отыскааь на небе наиболее яркие созвездия и звезды, как определить время по звездам и Солнцу, а также об астрономических методах ориентировки на местности, определении курса и места самолета в полете, об ориентировке во время космического полета.
      Некоторый фактический материал (общие сведения о Галактике, о движении Солнца, Луны и планет, основные системы небесных координат) расширяет общий кругозор читателя.
     
      ВВЕДЕНИЕ
      С давних времен и до настоящего времени звезды были и остаются надежными ориентирами, по которым человек определял направление точек горизонта и свое местонахождение, т. е. ориентировался на суше и на море, а затем и в воздухе.
      Еще в древнее время, наблюдая ежедневный восход и заход Солнца, его видимое движение по небесной сфере, люди замечали, что в середине дня оно достигает наивысшей точки на небе, что время восхода и захода, а также высота Солнца над горизонтом в полдень меняются в течение года. Вместе с тем меняется продолжительность светлого и темного времени. Наблюдения ночью помогли обнаружить также закономерность вращения звездного неба, закономерность движения и изменения вида Луны. Это дало возможность людям использовать наблюдения за небесными светилами для решения важнейших жизненных задач: счета времени и определения направления в пространстве.
      Данные об астрономических явлениях накапливались очень медленно. Наблюдения проводились преимущественно старейшинами племен или жрецами, которые держали в тайне свои открытия, чтобы легче было поддерживать не трлько физическое, но и духовное порабощение народа.
      Не умея объяснить причины видимых движений небесных светил, грома, молнии, ветра, люди слепо преклонялись перед этими непонятными им явлениями природы, обожествляли их. Весь мир казался им полным чудес, творимых богами.
      Почитание небесных светил, религиозные заблуждения, непонимание биологических и социальных явлений, происходящих в природе, породили ложные представления о зави-
      симости земных явлений от небесных светил. На этой основе возникла фантастическая вера в «счастливые звезды» и «несчастливые планиды» (планеты).
      Постепенно распространение правильных научных представлений о Вселенной все более и более ограничивало область суеверий, освобождало людей от беспомощности перед силами природы, помогало им решать очень важные практические задачи.
      Слово «ориентироваться», обычно употребляемое \в смысле разобраться в чем-либо, связано с направлением точек горизонта. Оно происходит от латинского слова oriens, что в переводе означает восток. С первобытных времен восток считался почитаемой стороной: с востока появлялось
      Солнце — источник жизни на Земле, поэтому на восток молились, обращали алтари православных церквей.
      Первые записи астрономических наблюдений велись примерно за 3000 лет до нашей эры народами Африки и Азии.
      Более 2000 лет назад великий древнегреческий астроном Гиппарх составил список около тысячи хорошо различимых звезд. Он впервые определил яркость каждой звезды, положение ее на небе, ввел определение положения точки на земной поверхности при помощи широты и долготы.
      Ф. Энгельс в «Диалектике природы», говоря о последовательности развития отраслей естествознания, указывает, что раньше начала развиваться астрономия, «которая уже из-за времен года абсолютно необходима для пастушеских и земледельческих народов».
      Изучение законов Вселенной помогло также развитию математики, физики и других наук. Например, известно, что один из химических элементов — гелий вначале был открыт на Солнце спектральным анализом и только после усиленных поисков через 27 лет (в 1896 г.) его нашли и на Земле.
      Помогая развитию других наук, астрономия в свою очередь широко пользовалась их данными. Так, с помощью математики производились многочисленные астрономические вычисления, физика помогала изучать законы движения, строение небесных светил.
      Более ста лет назад французский ученый Леверье, анализируя уравнение движения планеты Уран, установил, что данные расчетов не совпадают с астрономическими наблюдениями. Он предположил, что существует еще одна планета, своим притяжением влияющая на планету Уран. Леверье рассчитал, где должна находиться эта планета. И когда астрономы направили телескопы в указанную точку, они действительно обнаружили новую планету, впоследствии названную Нептуном.
      Астрономия на протяжении всей своей долгой истории играла исключительно большую роль в развитии материалистического мировоззрения. И в настоящее время она помогает разоблачать неправильные, лженаучные, буржуазноидеалистические представления о мире.
      С возникновением и развитием торговых отношений между различными народами появилась необходимость в передвижении на значительные расстояния. Преодоление больших морских пространств вдали от берегов до появления магнитного компаса было возможно только при помощи небесных светил, наблюдение за которыми помогало мореплавателям держаться нужного направления и определять в открытом море свое местонахождение. Небесные светила служили первыми ориентирами. Но с течением времени простых наблюдений оказалось недостаточно, началось детальное изучение звездного неба и закономерностей движения небесных светил, производились более точные расчеты.
      Ориентироваться на местности по звездам люди начали с тех пор, как научились определять широту места. Известно, что еще за 250 лет до нашей эры Эратосфен определил широту городов Александрии и Сиены, а по расстоянию между ними приближенно определил радиус земного шара.
      В развитии методов и средств ориентировки на незнакомой местности по звездам большая роль принадлежит выдающемуся ученому-астроному Улуг-беку. Правитель могущественного государства, располагавшегося на территории нынешнего Узбекистана, внук монгольского завоевателя Тимура, Улуг-бек построил в Самарканде в первой половине XV века самую большую в то время в мире астрономическую обсерваторию. Основной задачей этой обсерватории было использование звезд для ориентировки на незнакомой местности. Создание обсерватории было вызвано жизненной необходимостью, так как, не умея ориентироваться, было трудно совершать большие переходы в пустынной местности на огромной территории государства, простиравшегося от Кавказа до Индии.
      Великий узбекский поэт Алишер Навои писал, что таинственное и недоступное небо благодаря работам Улугбека стало служить с большой пользой людям, что «небо стало близким и опустилось вниз».
      Интересно отметить, что по звездам ориентируются не только люди, но и некоторые птицы.
      В одном из зарубежных планетариев был проведен простой и убедительный опыт. Несколько небольших птиц — славок, совершающих свои перелеты по ночам, выпустили в планетарии, погасили свет и «зажгли» звезды, создав искусственную ночь. Птицы полетели в направлении, в котором они обычно совершают свои сезонные перелеты. Потом искусственное небо повернули на 180° и птицы довольно скоро заметили это и тоже развернулись в обратном направлении.
      Положение звезд меняли несколько раз, и каждый раз славки правильно ориентировались и летели в ту сторону, где привыкли зимовать. Эти маленькие пернатые «штурманы», по-видимому, хорошо помнили звездную карту, и, "когда намеренно искажали положение звезд на небе, они начинали беспокойно метаться по планетарию, жалобно кричать.
      Исключительную роль в развитии материалистического мировоззрения, в победе материализма над идеализмом сыграли открытия в астрономии, математике и физике таких ученых, как Коперник, Кеплер, Галилей, Ньютон.
      Новые знания о законах движения небесных светил меняли представление не только о небесном своде, но и о форме и размерах Земли.
      Астрономия и в настоящее время служит познанию различных явлений природы. В астрономических обсерваториях регулярно ведется наблюдение за Вселенной, производятся различные измерения движений небесных светил, обработка данных, получаемых от искусственных спутников Земли и космических ракет, и т. д. Все эти данные используются в различных отраслях науки и техники, в быту.
      Так, например, данные наблюдений за движением небесных светил помогают точно определять время и проверять часы. Измерение и «хранение» точного времени производит Служба времени во многих странах. У нас в СССР она находится. при астрономических институтах и обсерваториях. Например, в Москве Служба времени Астрономического института им. П. К. Штернберга ведет систематические наблюдения за небесными светилами, и по их положению определяет и «хранит» время с точностью до тысячных долей секунды.
      По сигналам точного времени, которые ежечасно передаются по радио, проверяются часы по всему Союзу. Эти сигналы подаются шестью точками в последние пять секунд каждого часа. Начало шестой точки соответствует началу отсчета следующего часа.
      Для чего нужно знать время с точностью до долей секунды, когда в повседневной жизни люди обычно не замечают целые секунды?
      Представим себе корабль в открытом море ночью. Штурману нужно определить местоположение корабля. По звездам он может вычислить широту, а для вычисления долготы необходимо точно знать время. Ошибись штурман всего на 10 сек, и ошибка в положении корабля может достигнуть в средних широтах 2 — 3 км.
      Для составления географической карты геодезисты, наблюдая звезды, определяют на земной поверхности места опорных точек. Если при этом время будет определено с ошибкой в 1 сек, ошибка в положении точки на земле может дойти до 300 — 400 м. А карты крупного масштаба должны изображать местность с точностью до 10 м
      В астрономических обсерваториях при наблюдении звезд необходимо учитывать уже тысячные доли секунды, так как сигналы точного времени передаются на основе астрономических наблюдений. Не будь этих наблюдений, даже имея очень точные часы, обсерватории не могли бы определять и передавать по радио сигналы точного времени.
      К наблюдениям небесных светил обращаются и воины Советской Армии при ночных переходах и маршах. Вовремя Великой Отечественной войны Большая Медведица, Полярная звезда, Луна не раз помогали ориентироваться в тылу врага.
      В ракетных войсках и в артиллерии измерения положений небесных светил успешно применяют для определения точного направления пуска ракет и стрельбы по целям. Существуют типы крылатых ракет (например, американская ракета «Снарк»), направление полета которых автоматически корректируется астронавигационными системами управления по положению звезд.
      Особенно большое применение астрономическая ориентировка нашла в морском флоте и авиации. Есть даже самосюятельные отрасли науки — мореходная астрономия и авиационная астрономия.
      Одной из основных задач мореходной и авиационной астрономии является определение местоположения корабля или самолета по небесным светилам.
      Средства и методы этих определений складывались веками. Уже древнегреческие мореплаватели применяли простейшие, весьма приближенные методы определения места корабля по небесным светилам. С течением времени астрономические приборы и методы их применения совершенствовались, особенно в эпоху великих географических открытий XV и XVI вв., когда корабли всего мира бороздили неизведанные пространства океанов.
      Своего значения для кораблевождения астрономия не утратила и с появлением магнитного компаса, так как точность его показаний зависит от трудно учитываемых ошибок. Знаменитый мореплаватель Колумб, открывший в 1492 г. Америку, отмечая ненадежность работы магнитного компаса, говорил: «Существует лишь одно безошибочное корабельное исчисление — это астрономическое, счастлив тот, кто с ним знаком».
      Но в то время умели находить только широту места. Поэтому, выйдя из порта, корабль обычно направлялся по меридиану до той широты, на которой находился порт назначения, а уже достигнув ее, следовал к месту назначения вдоль параллели, контролируя свое положение наблюдением Полярной звезды.
      Неудобство такого метода астрономической ориентировки настойчиво выдвигало требование научиться определять долготу места.
      В 1514 г. было предложено определять долготу по расстоянию между звездой и Луной, но в то время истин-ные положения звезд и Луны определялись еще неточно и этот способ не мог найти практического применения.
      Во второй половине XVII века были разработаны два способа определения долготы: сравнением измеренной величины магнитного склонения с указанной на карте магнитных склонений и по затемнениям спутников Юпитера, наблюдаемым почти ежедневно 1 — 3 раза. Однако и эти способы не нашли широкого применения, так как данные о положении небесных светил были неточными из-за несовершенства астрономических приборов.
      Более точно определять долготу стало возможно только с созданием в 1761 г. точных часов-хронометров.
      Научившись определять разность во времени на двух различных меридианах, моряки в конце XVIII века находили широту и долготу места корабля путем разновременного наблюдения высот светила.
      В 1808 г. была предложена теория одновременного определения широты и долготы места, но она требовала доводы но сложных вычислений.
      Только в середине прошлого столетия на основе накопившегося опыта был открыт приемлемый метод определения широты и долготы места корабля в открытом море. Большие заслуги в этом принадлежат нашим соотечественникам — ученым и морякам: М. В. Ломоносову, Ф. Ф. Шуберту, Ф. П. Литке, М. А. Акимову и многим другим.
      В 1849 г. морской штурман М. А. Акимов предложил близкое к современному решение задачи определения места корабля нанесением линий его положения, найденных в результате измерений высот светил и расчетов их азимутов на момент наблюдения.
      Авиационная астрономия — наука относительно молодая. Она зародилась и развилась на основе многовекового опыта использования небесных светил в мореплавании и восприняла от мореходной астрономии основные методы астрономических навигационных определений, соответственно переработав их для условий полета самолета.
      В авиации, как и в морском флоте, весьма важно уметь определять свое местонахождение в любой момент полета
      Как морской корабль, находящийся в открытом море вдали от берегов, нуждается в точном знании своего месга, чтобы взять курс для следования в назначенный пункт, так и самолет — воздушный корабль, пролетая значительные расстояния, часто при невидимости Земли, нуждается в точном определении своего места для своевременного выхода в пункт назначения.
      Впервые в мире опыты астрономических измерений для определения местоположения воздушного шара в воздухе были произведены русскими воздухоплавателями в 1897 — 1898 гг.
      Применять астрономические приборы на самолетах также впервые начали наши русские летчики при дальних полетах на тяжелых самолетах «Илья Муромец» и «Русский витязь» еще в 1913 — 1916 гг., намного опередив в этом зарубежную авиацию.
      Наиболее быстро авиационная астрономия начала развиваться после Великой Октябрьской социалистической революции, и особенно в годы советских пятилеток.
      Во время первых трансарктических перелетов через Северный полюс в 1936 — 1937 гг. штурманы самолетов
      A. В. Беляков и С. А. Данилин, умело применяя новейшие технические средства самолетовождения, блестяще выполнили поставленные задачи. Особо важную роль в этих полетах сыграли астрономические измерения, которые в условиях Арктики помогли экипажам не сбиться с намеченного пути и постоянно иметь данные о своем местонахождении.
      Выдающиеся авиационные штурманы Б. В. Стерлигов, Герои Советского Союза А. В. Беляков, С. А. Данилин, И. Т. Спирин в дальних полетах добивались высокой точности самолетовождения благодаря умелому применению астрономической навигации.
      А. В. Беляков, рассказывая о своем полете через Северный полюс в составе экипажа В. П. Чкалова, пишет, что до Северного полюса астрономические средства применялись вместе с другими средствами самолетовождения, момент пролета полюса определялся по высоте Солнца, которая здесь равна его склонению. На участке от Северного полюса до американского материка курс выдерживался в основном по солнечному указателю курса, а путь контролировался прокладкой астрономических линий положения самолета, определяемых по высоте светил.
      «...Самый важный прибор на нашем самолете — солнечный указатель курса», — пишет А. В. Беляков в своей книге «Из Москвы в Америку через Северный полюс».
      И. Т. Спирин в книге «Покорение Северного полюса» также отмечает: «Единственно точной и неизменно безотказной мы считали лишь воздушную астрономию, и это целиком подтвердилось в перелете; только она выручала нас в трудные минуты, вела и точно привела к намеченной цели».
      В период Великой Отечественной войны отважные авиационные штурманы дважды Герой Советского Союза
      B. В. Сенько, Герои Советского Союза С. М. Романов, Ф. С. Яловой, Н. А. Гунбин, А. П. Штепенко, В. И. Аккуратов и многие другие мастерски применяли астрономические средства самолетовождения при выполнении боевых заданий.
      Большую роль в развитии отечественных, астрономических методов и средств самолетовождения, в обучении летного состава астронавигации, в обеспечении полетов различными расчетным i пособиями сыграли Л. П. Сергеев, Н. Ф. Кудрявцев, Н. К. Кривоносов, Р. В. Куницкий, М Ф. Горшков, Н. А. Носов, И. Д. Жонголович, В. И. Ко-ноненко, Н. С. Сороковик. Их труды в области авиационной астрономии внесли ценный вклад в совершенствование астрономических методов навигации.
      В настоящее время дальние полеты, как правило, выполняются с применением астрономических средств. Штурманы, умело применяющие эти средства, добиваются высокой точности самолетовождения в учебно-боевых полетах. Опытные авиационные штурманы В. И. Чернышев, В. А. Бы-хал, Н. М. Косьяненко, П. Г. Кудинов, А. В. Черкасов высоко оценивают значение астрономических средств, их простоту, надежность, независимость от времени полета и местности, над которой пролетает самолет, особенно при поле» тах в северных широтах.
      Автору этой книги приходилось выполнять полеты над арктическими просторами нашей Родины в качестве штурмана. И можно с уверенностью сказать, что без астрокомпаса и секстанта — основных астрономических приборов на самолете — успешное выполнение этих полетов было бы невозможно даже при совершенных радиотехнических самолетных и наземных средствах самолетовождения. В Арктике, особенно в ее центральном бассейне, а также в районах Антарктиды, где горизонтальная составляющая силы земного магнетизма мала, а распространение радиоволн подвержено сильным помехам, необходимо самое широкое использование астрономической ориентировки в полетах.
      За последние годы астрономические средства самолетовождения значительно автоматизированы. Это повышает точность измерений и упрощает работу. Однако для грамотного применения астрономических средств необходимо хорошо знать эти средства и законы движения небесных светил.
      Успешный запуск искусственных спутников Земли, которые тоже становятся небесными телами, дает возможность и их использовать для целей ориентировки. Искусственные спутники Земли даже имеют преимущества перед небесными светилами, так как на их борту имеются радиопередатчики. Спутники можно пеленговать в любое время суток и в любую, самую ненастную погоду.
      В наше время, когда успешно изучается Вселенная, каждый грамотный человек должен уметь отыскивать на небе
      наиболее яркие созвездия и звезды, понимать сущность ви-димых движений звезд, Солнца, Луны и планет, уметь ориентироваться относительно стран света и определять время по небесным светилам. Основное пособие — звездное небо — всегда перед глазами человека, оно представляет собой великолепное зрелище. Почаще наблюдайте его, это не только полезно, но и очень интересно! Как правило, увидев всего несколько раз фигуры созвездий, их расположение на .небе, человек запоминает это на всю жизнь.
     
      ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О ГАЛАКТИКЕ, СОЛНЦЕ, ПЛАНЕТАХ И ЛУНЕ
      Голубое дневное небо и темный ночной небосвод, усыпанный множеством мерцающих звезд, — интересное зрелище для наблюдателя. Один из философов прошлого сказал, что если бы звездное небо было видно только в каком-нибудь одном месте Земли, то к этому месту непрерывно двигались бы толпы людей, чтобы полюбоваться редкостным зрелищем. И действительно, трудно не залюбоваться своеобразными и яркими красками на небе при восходе и заходе Солнца или золотистой россыпью звезд в ясную безлунную ночь.
      Окружающее нас пространство представляется нам в виде небесного свода — огромного купола, опрокинутого над нами, на котором днем мы видим Солнце, а иногда и Луну, а ночью — звезды, Луну, планеты.
      Особенно много звезд видно в той части небосвода, где находится светлая, туманная полоса, как бы опоясывающая небо. Если рассматривать ее в телескоп, то можно различить здесь множество расположенных близко одна к другой слабых звездочек.- Это гигантское звездное скопление образует звездную систему, называемую Галактикой, куда входит и Солнце как одна из рядовых, ничем особенно не Примечательных звезд (рис. 1).
      Галактика довольно хорошо изучена. Установлено, что она имеет сложный состав и структуру. Ее составляют приблизительно 150 миллиардов звезд. Значительная часть из них образует дискообразную (в форме чечевицы) систему, отдельные члены которой обращаются по почти круговым орбитам вокруг центра Галактики. Эти звезды из-за своей удаленности не различаются раздельно невооруженным глазом и создают хорошо видимую в ясные безлунные ночи
      картину Млечного Пути. Не менее значительное количество звезд, по-видимому, обращается вокруг центра Галактики по вытянутым орбитам, сильно наклоненным к главной плоскости Млечного Пути. Эти звезды образуют ядро Галактики, вокруг которого обращаются все остальные звезды, в том числе и Солнце.
      Кроме отдельных звезд, Галактика содержит звездные скопления и звездные ассоциации, планетарные и диффузные туманности, а также межзвездное вещество, состоящее из газов (главным образом водорода) и мелких частиц (космической пыли). Межзвездный газ заполняет, как предполагают, всю сферическую и плоскую составляющие Галактики, а твердые частицы располагаются лишь в плоской составляющей, для которой характерна спиральная структура, наблюдаемая и у множества других спиральных галактик (рис. 2).
      Размеры Галактики огромны. Ее наибольший поперечник равен примерно 85 000 световых лет. Это значит, что расстояние от одного до другого края Галактики можно преодолеть со скоростью света (300 000 км/сек) за 85 000 лет.
      Солнце расположено ближе к краю Галактики, чем к центру, который виден нам в направлении созвездия Стрельца, одного из наиболее ярких участков Млечного Пути. На этом расстоянии от центра (23 ООО световых лет) скорость обращения составляет примерно 250 км/сек, а один оборот вокруг центра Галактики Солнце завершает примерно в 185 млн. лет. И хотя оно обращается с колоссальной скоростью, во много раз превышающей скорость полета пули,
      снаряда и ракеты, за полтора часа Солнце успевает пройти лишь расстояние, равное своему поперечнику.
      На других расстояниях от центра Галактики скорости обращения звезд иные.
      Возраст звезд Галактики, как установлено, неодинаковый. Но и самые «молодые» насчитывают сотни тысяч и миллионы лет.
      Галактика не единственная звездная система Вселенной. За пределами нашей Галактики астрономы обнаружили множество подобных по своему строению звездных систем. Это другие галактики, или, как их еще называют, внегалактические туманности.
      Ближайшая к нам спиральная туманность видна в созвездии Андромеды (рис. 2). Она находится от нас на расстоянии более миллиона световых лет и по своим размерам больше нашей Галактики.
      Сейчас ученым известны миллионы галактик, целые скопления и облака галактик. Предполагают, что' все видимые в настоящее время галактики составляют лишь небольшую часть более грандиозной космической системы — Метагалактики. До ее границ пока не могут проникнуть даже самые мощные телескопы.
      Взаимное положение звезд на небе не является неизменным. Все звезды, в том числе и наше Солнце, перемещаются в различных направлениях со скоростями в десятки и сотни километров в секунду. Угловое перемещение звезды на небесной сфере за один год называется собственным движением звезды. Правда, изменение видимых с Земли положений звезд происходит очень медленно, так как расстояния до звезд чрезвычайно большие, и перемещение становится заметным через многие тысячелетия (рис. 3).
      Собственное движение звезд в течение одного года обычно измеряется дугой в доли секунды. (...)
      Вокруг Солнца на различных от него расстояниях под действием силы притяжения обращаются девять планет, девять больших темных шарообразных тел, одним из которых является наша Земля (рис. 4).
      Каждая планета имеет свое название: Меркурий, Венера, Земля, Марс, Юпитер, Сатурн, Уран, Нептун и Плутон. Предполагают, что далеко за орбитой Плутона вокруг Солнца обращается еще одна планета — Трансплутон, но пока ее еще никто не видел.
      Земля находится от Солнца на расстоянии в среднем 150 млн. км. Меркурий и Венера ближе к Солнцу, чем Земля, а остальные планеты дальше. Самая дальняя планета — Плутон, она примерно в 40 раз дальше от Солнца, чем Земля. Некоторые планеты имеют свои спутники.
      Между орбитами Марса и Юпитера вокруг Солнца обращается множество малых планет, называемых астероидами. К настоящему времени известно более 1800 таких астероидов. Диаметр большинства астероидов 15 — 75 км. Самый крупный из них — Церера имеет диаметр до 770 км.
      Самые мелкие — неправильной формы глыбы диаметром около 1 км.
      Космическая ракета, запущенная в Советском Союзе в январе 1959 г. на орбиту вокруг Солнца, стала первой искусственной планетой солнечной системы. Ее иногда называют «десятой планетой», хотя по размерам она несравненно меньше естественных планет. Орбита космической ракеты проходит между орбитой Земли и орбитой Марса.
      Планеты различны по размерам, плотности, количеству спутников и другим данным. Примерно такими же по размеру, как Земля, являются Меркурий, Венера, Марс. У этих планет плотность значительно больше, чем плотность воды. Предполагают, что такого же типа планета Плутон. Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун — планеты значительно больших размеров. Все они имеют среднюю плотность, близкую к плотности воды.
      Сравнительные размеры Солнца и планет показаны на рис. 5.
      Так как размеры орбит планет различны, различны и их периоды обращения вокруг Солнца. Если Земля делает полный оборот вокруг Солнца за год, то Меркурий примерно за XU года, Юпитер — за 12, а Плутон — почти за 250 земных лет.
      Невооруженным глазом на небе можно увидеть шесть планет: Уран, Меркурий, Венеру, Марс, Юпитер и Сатурн; для воздушной навигации применяются последние четыре. От звезд планеты отличаются яркостью. Хотя света они не излучают, но, как и Земля, освещаются Солнцем и отражают солнечные лучи, почему и становятся видимыми.
      В отличие от звезд, непрестанно мерцающих и меняющих яркость, особенно морозной ночью, в ветреную погоду и после дождя, планеты всегда сияют ровным светом. Это объясняется тем, что лучи света от звезд, воспринимаемых глазом, как светящиеся точки, проходя через слои атмосферы различной плотности, претерпевают множество отклонений от прямого пути, в результате чего они приходят к нам то ослабленными, то усиленными, и свет звезд как бы вспыхивает, дрожит. Планеты же находятся к нам значительно ближе звезд и представляются нам не светящимися точками, а небольшими дисками, различные точки которых мерцают в разное время, и общая сумма света, отраженного ими, остается почти постоянной. Поэтому их свет воспринимается глазом как ровный и спокойный.
      Видимое положение пл&нет относительно звезд непостоянно. Планеты как бы «блуждают» среди звезд. Собственно, и слово планета в переводе с греческого языка означает «блуждаю». В результате сочетания обращения планет вокруг Солнца и движения Земли с движением каждой планеты это перемещение планет относительно звезд происходит то быстрее, то медленнее, то оно направлено в сторону суточного вращения небесной сферы, то в противоположную сторону. Движение планет среди звезд может казаться нам и петлеобразным, так как мы наблюдаем его с Земли, которая сама обращается вокруг Солнца.
      Все планеты совершают свой видимый путь вблизи эклиптики, в области так называемого пояса Зодиака. Видимое перемещение планет, как и Солнца, среди звезд происходит в направлении с запада на восток.
      На рис. 6 показана схема перемещений по звездному небу планеты Венеры с начала января до 15 августа 1961 г. Как видно из этой схемы, Венера в первой половине января проходит созвездие Водолей, затем в феврале проходит южнее созвездия Пегас и с начала марта до 15 мая совершает петлеобразный пугь между созвездиями Андромеды и Кита. В середине июня Венера видна южнее созвездия
      Овен, в июле проходит через созвездие Тельца, а в августе — через созвездие Близнецы.
      В истории развития познаний о планетах большое значение имело открытие немецким ученым Иоганном Кеплером в начале XVII века трех законов движения планет, ставших основой теоретической астрономии. Путем вычислений он доказал, что, во-первых, каждая планета движется по эллипсу, в одном из фокусов которого находится Солнце. Отсюда следует, что расстояние между планетой и Солнцем меняется. Ближайшую к Солнцу точку орбиты называют перигелием, а самую отдаленную — афелием.
      Во-вторых, Кеплер нашел, что скорость движения планеты вокруг Солнца не всегда одинакова: подходя ближе к Солнцу, планета движется быстрее, а отходя дальше от него — медленнее.
      В-третьих, Кеплер установил зависимость между временем обращения планет и их расстоянием от Солнца: квадраты периодов обращения любых двух планет относятся между собой, как кубы их средних расстояний от Солнца. Следовательно, зная из наблюдений периоды обращения планет, можно определить большие полуоси орбит планет и расстояния планет от Солнца.
      При движении планет их взаимное расположение все время меняется. Например, внутренняя по отношению к Земле планета, т. е. более близкая к Солнцу, чем Земля, может быть между Землей и Солнцем или за Солнцем. Планеты, находящиеся за Солнцем и между Землей и Солнцем на одной линии, с Земли не видны, так как они скрываются в лучах Солнца.
      Условия наблюдения планет зависят от угла между направлением на Солнце и на планету: чем больше угол, тем лучше условия для наблюдения. Для внешних планет этот угол может быть от 0 до 180° в обе стороны от Солнца. У внутренних планет — Меркурий, Венера — эти углы не превышают 28° для Меркурия и 48° для Венеры.
      Внутренние планеты имеют относительно небольшие угловые расстояния от Солнца, поэтому они и наблюдаются или перед восходом Солнца, или вскоре после его захода в зависимости от того, с какой стороны от Солнца находится планета. Вид таких планет меняется в зависимости от освещения Солнцем, подобно тому как меняется вид Луны.
      Для наблюдения за внешней планетой (Марс, Юпитер и др.) наилучшим является время, когда она находится в стороне, противоположной Солнцу. В это время планета ближе всего к Земле и видна в течение почти всей ночи. Такое положение планеты называется противостоянием. Из-за вытянутости орбит планет в периоды противостояний они бывают то ближе, то дальше от Земли. Противостояние планет с наиболее близким расстоянием от Земли называют великим.
      Когда Земля и один из ближайших наших космических соседей Марс расположены с разных сторон от Солнца, расстояние между ними около 400 млн. км, когда же Марс находится в противостоянии, он приближается к Земле на расстояние от 56 до 101 млн. км. Противостояния Марса повторяются через каждые два года и пятьдесят дней, но великие противостояния Марса, когда он находится от Земли на расстоянии 56 млн. км, повторяются только через 15 — 17 лет. Большинство открытий на Марсе было сделано в -годы его великих противостояний.
      Наиболее яркие и хорошо видимые планеты — Венера, Марс, Юпитер и Сатурн.
      Венера светит серебристо-беловатым светом, она ярче всех планет и тем более звезд. Венера никогда не уходит далеко от Солнца. В ясную погоду ее можно наблюдать либо на западе вскоре после захода Солнца, либо на востоке незадолго до его восхода. Поэтому Венеру иногда называют «зарницей», «вечерней и утренней звездой». 19 — 20 мая 1961 г. на расстоянии менее 100 000 км от Венеры, по расчетам, должна пройти межпланетная автоматическая станция, запущенная в нашей стране 12 февраля 1961 г.
      Марс — следующая за Венерой по яркости планета красноватого цвета, во время наибольшего блеска гораздо ярче звезд первой величины. Юпитер — планета желтоватого цвета, примерно такой же яркости, как Марс. Сатурн — желтовато-сероватого цвета, по яркости примерно такой же, как звезды первой величины. Интересно отметить, что при наблюдении в хороший телескоп Сатурн представляет собой волшебное зрелище. Это единственная планета солнечной системы, украшенная кольцом. Кольцо это плоское, очень широкое, его внутренний край удален от планеты на несколько десятков тысяч километров. Кольцо Сатурна не сплошное, оно состоит из отдельных мелких обломков, вращающихся вокруг планеты.
      Марс, Юпитер и Сатурн можно наблюдать в различное время ночи.
      Луна — единственный естественный спутник Земли, ближайшее к ней небесное светило. Луна так же, как и планеты, светит отраженным светом Солнца.
      По отношению к звездам Луна непрерывно перемещается, смещаясь за сутки к востоку примерно на 13°.
      Полный оборот по орбите вокруг Земли Луна совершает в течение 277з суток. Этот промежуток времени называется сидерическим или звездным месяцем. За это время Луна, описав по небесной сфере полный круг, возвращается к первоначальному положению относительно звезд.
      Промежуток времени между двумя последовательными новолуниями называется синодическим месяцем. Продолжительность синодического месяца — 291/2 суток. То, что продолжительность синодического месяца больше, чем продолжительность звездного месяца более чем на двое суток, объясняется запаздыванием каждого последующего новолуния из-за движения Земли по свбей орбите вокруг Солнца. Луна за время между новолуниями проходит больше чем полный оборот (360°) вокруг Земли на величину перемещения Земли вокруг Солнца за это же время. Это перемещение Земли составляет примерно 27°. Таким образом, Луна проходит по своей орбите за синодический месяц 360° + 27° = 387°.
      При своем движении вокруг Земли Луна все время обращена к Земле одной стороной, так как период вращения Луны вокруг своей оси равняется периоду ее обращения вокруг Земли.
      В зависимости от положения Луны относительно Солнца и Земли мы наблюдаем меньшую или большую часть осве-
      щенного лунного диска, т. е. наблюдаем различные фазы Луны.
      Когда Луна находится между Солнцем и Землей, к нам обращена неосвещенная часть Луны, и мы ее не видим. Эта фаза называется новолунием. Когда же Луна находится с противоположной стороны от Солнца, т. е. когда Земля находится между Солнцем и Луной, все обращенное к нам полушарие Луны ярко освещено. Эта фаза называется полнолунием. В промежуточных положениях нам видна та или другая часть освещенной Луны, поэтому она имеет вид полудиска или серпа (рис. 7).
      Основных фаз Луны четыре: новолуние, первая четверть, полнолуние и последняя четверть; следовательно, промежуток времени между фазами Луны немного больше 7 суток.
      Возрастом Луны называется промежуток времени, протекший от новолуния. Например, возраст Луны в первой четверти примерно 7 суток, а в полнолуние 15 суток.
      При определенных взаимных положениях Солнца, Земли и Луны происходят лунные и солнечные затмения. Когда Луна попадает в тень Земли, происходит лунное затмение, когда же Луна находится между Солнцем и Землей и загораживает собой Солнце, происходит солнечное затмение.
      Если бы плоскость лунной орбиты точно совпадала с плоскостью эклиптики, в которой происходит видимое годовое перемещение Солнца, то затмения Солнца и Луны про-
      исходили бы ежемесячно: во время новолуния — солнечные затмения, а во время полнолуния — лунные затмения. Но этого не происходит, так как лунная орбита наклонена относительно эклиптики на 5о08'. Луна в новолуние ив полнолуние чаще всего проходит выше или ниже эклиптики, и затмения не происходит. В году бывает не менее двух солнечных и максимум два лунных затмения. Но бывают годы совсем без лунных затмений.
      Лунное затмение, полное и частное, когда только часть Луны попадает в тень Земли, можно наблюдать одновременно на всем полушарии, обращенном в это время к Луне.
      Солнечное затмение наблюдается только внутри сравнительно небольшого пространства, которое образуется лунной тенью на поверхности Земли. Ввиду того что Луна движется вокруг Земли, вращающейся вокруг своей оси, тень Луны перемещается по поверхности Земли со скоростью 1 км/сек, и солнечное затмение наблюдается последовательно на различных участках земной поверхности.
      15 февраля 1961 г. на территории Советского Союза наблюдалось полное затмение Солнца. Это интереснейшее явление природы было последним в XX веке над Европейской частью нашей страны.
      Картина полного солнечного затмения весьма эффектна. Когда последний узкий серп Солнца закрывается Луной, 2 — 3 мин бывает темно. Вместо Солнца виден черный диск Луны, окруженный сиянием серебристой солнечной короны и красноватыми выступами раскаленных протуберанцев. На темном небе становятся видимыми яркие звезды и планеты.
      Наблюдение солнечных затмений имеет большое научное значение. В это время можно изучать внешние слои Солнца, невидимые с Земли в обычных условиях. Как известно, пятна, вспышки и другие проявления деятельности Солнца вызывают на Земле магнитные бури, полярные сияния и другие явления. Наблюдая затмения Солнца, астрономы уточняют также данные о его строении, о физических и химических процессах, происходящих на его поверхности, исследуют различные излучения.
      В одном и том же пункте полные затмения Солнца бывают примерно один раз в 400 лет. Москвичи, например, ближайшим полным солнечным затмением могут любоваться только 16 октября 2126 года в 10 ч 58 мин.
      Движение Луны вызывает еще одно интересное явление на Земле — приливы и отливы. Природу этого явления и регулярность повторения разъяснил в XVII веке великий английский ученый Ньютон.
      Луна притягивает к себе все точки земного шара по-разному: более близкие — сильнее, более далекие — слабее. Поэтому тела на той части земной поверхности, которая обращена к Луне, притягиваются сильнее, чем тела, находящиеся внутри Земли или на противоположной стороне ее поверхности.
      Приливная волна возникает не только на той стороне Земли, которая обращена к Луне, но и на прямо противоположной в результате проявления центробежной силы, равной силе притяжения Луны, но обратной по направлению. Поэтому в течение суток (точнее, за 24 ч 50 мин) на берегах открытых морей и океанов бывает по два прилива и два отлива, чередующихся примерно через 6 ч.
      Приливные силы действуют также на твердую оболочку Земли, вызывая ее деформацию. Эти «приливы» были замерены с помощью чувствительных гравиметров (прибор для определения силы тяжести). Например, в Москве они достигают 30 — 35 см.
      Приливы в атмосфере выражаются в незначительных колебаниях атмосферного давления, а также в периодических изменениях некоторых свойств верхних слоев атмосферы.
      Приливы вызывает не только Луна, но и Солнце своим притяжением. Но его приливное действие слабее, потому что Солнце почти в 400 раз дальше от Земли, чем Луна.
     
      НЕБЕСНЫЕ КООРДИНАТЫ
      Небесные светила кажутся нам отстоящими от Земли на очень большом, но одинаковом расстоянии; в действительности же они находятся на различных расстояниях от нас.
      Эти расстояния так велики, что их выражают не в километрах, а в единицах времени, за которое луч света пройдет это расстояние. Если от Луны до Земли луч идет НД сек, от Солнца 8 мин, от самой далекой планеты, Плутона, около 5 ч, то от ближайш-ей звезды — а Центавра более 4 лет. Она удалена от земли в 271 ООО раз дальше, чем Солнце. Понадобилось бы 5 млн. лет, чтобы самолет, летя без посадки со скоростью 920 км/час, добрался до этой звезды. Но и ее расстояние от Земли ничтожно сравнительно с расстоянием дальних звезд Млечного Пути.
      Невооруженный глаз не воспринимает различия в расстояниях до разных звезд. Звездное небо представляется нам в виде купола, на сферической поверхности которого расположены все звезды.
      Воображаемая сфера произвольного радиуса, предназначенная для облегчения решения различных задач астрономии, называется небесной сферой. Центр ее обычно располагается в какой-либо точке пространства в зависимости от условий задачи.
      На небесную сферу проектируются небесные светила. Для определения положения их проекций на небесной сфере и служат системы небесных координат, характеризуемых основными кругами и точками небесной сферы (рис. 8). Дадим их определения.
      Точка, расположенная по вертикали (по отвесной линии) над головой наблюдателя, называется зенитом (Z), а точка, расположенная в противоположном направлении от зенита, — надиром (Z').
      Горизонтальная плоскость, проведенная через центр сферы, при пересечении с небесной сферой образует большой круг, называемый истинным горизонтом (круг СВЮЗ). Плоскость истинного горизонта делит небесную сферу на две части: над-горизонтную полусферу, в которой расположен зенит, и подгоризонтную полусферу, в которой расположен надир.
      Прямая линия, проходящая по оси вращения Земли (или параллельно ей), называется осью мира, а точки ее пересечения с небесной сферой — полюсами мира: Р — северный, Р' — южный.
      Большой круг на небесной сфере, плоскость которого перпендикулярна к оси мира, называется небесным экватором. Плоскость небесного экватора делит небесную сферу на северную полусферу, в которой расположен северный полюс мира, и южную полусферу, в которой расположен южный полюс мира. Пересечение небесного экватора с истинным горизонтом образует точку востока (В) и точку запада (3).
      Любая вертикальная плоскость, проходящая через зенит и надир, перпендикулярна к плоскости истинного горизонта, а пересечение ее с небесной сферой дает дугу большого) круга. Большой круг небесной сферы, проходящий через зенит, надир и светило, называется вертикалом светила, причем вертикал, проходящий через точки востока и запада, называется первым. Любой круг небесной сферы,, плоскость которого проходит через ось мира и светило, называется часовым кругом светила или его кругом склонения. Все часовые круги проходят через полюс мира и перпендикулярны к небесному экватору.
      Круг склонения, проходящий через зенит, называется небесным меридианом.
      Рис. 8. Основные точки и круги на небесной сфере
      Пересечение небесного меридиана с истинным горизонтом образует точку севера (С) иточку юга (Ю). Как видно из рис. 8, небесный меридиан является в то же время и вертикалом.
      Прямая линия, соединяющая точку севера и точку юга, называется полуденной линией: в полдень (12 ч по местному времени) тень от предметов падает по этой линии.
      Малый круг небесной сферы, плоскость которого перпендикулярна коси мира, называется н е б е с н о й или суточной параллелью.
      Видимое вращение небесной сферы, если смотреть на нее со стороны северного полюса мира, происходит по ходу часовой стрелки.
      Положение каждого светила на небесной сфере определяется небесными координатами, которые выражаются двумя угловыми величинами, подобно тому как положение каждого пункта на Земле определяется его географическими координатами — широтой и долготой.
      На земной поверхности широта места отсчитывается от экватора к северу или югу, а долгота — к западу или востоку от начального (нулевого) меридиана, каким является гринвичский меридиан, проходящий близ Гринвичской астрономической обсерватории (Англия).
      В авиационной астрономии применяются две системы небесных координат: горизонтная (горизонтальная) и экваториальная. В каждой из этих систем положение любой точки на небесной сфере определяется двумя координатами, одна из которых указывает угловое расстояние точки от небесного меридиана (аналогично географической долготе), вторая — угловое расстояние этой точки от небесного экватора или истинного горизонта (аналогично географической широте).
      Горизонтная система координат (рис. 9). В этой системе координат основными кругами, относительно которых определяется место светила, являются истинный горизонт и небесный меридиан. Положение светила определяется азимутом (А) и высотой (/г). Азимутом светила называется угол, отсчитываемый по дуге истинного горизонта от точки севера через восток до вертикала светила. Иначе говоря, угол между направлением на север и направлением на светило, отсчитанный в горизонтальной плоскости по часовой стрелке, и будет являться азимутом этого светила. Азимут может иметь значения от 0° до 360°.
      Высотой светила называется угол, отсчитываемый по дуге вертикала от истинного горизонта до светила, т. е. высота светила измеряется углом между плоскостью истинного горизонта и направлением на светило. Высота может иметь значения от 0° до ±90°. Если светило находится над горизонтом, высота его считается положительной, если под горизонтом — отрицательной.
      Вместо высоты иногда пользуются другой координатой — зенитным расстоянием (г), являющимся дополнением высоты до 90°.
      Зенитные расстояния отсчитываются также по дуге вертикала, но только от зенита. Они могут иметь значения от 0° до 180°. Светила, расположенные в подгоризонтной части небосвода, имеют зенитное расстояние более 90°.
      Экваториальная система координат (рис. 10). В этой системе координат основными кругами, относительно которых определяется место светила, являются небесный экватор и небесный меридиан. Положение светила определяется часовым углом (t) и склонением (6). Часовым углом светила называется угол, отсчитываемый по дуге небесного экватора от южной части небесного меридиана
      Рис. ю. Экваториальная си- А° 'кРУга склонения светила, стема координат Он отсчитывается в западном и восточном направлениях от 0 до 180° и соответственно обозначается: западный часовой угол — t3, восточный часовой угол — tB.
      Склонением светила называется угол, отсчитываемый по дуге круга склонения от небесного экватора до светила, т. е. угол между плоскостью небесного экватора и направлением на светило. Склонение может иметь значения от 0° до ±90°. Если светило находится в северной полусфере, его склонение считается положительным, если в южной — отрицательным.
      Вместо часового угла иногда пользуются другой координатой — прямым восхождением светила (а), которое в отличие от часового угла является постоянным и не изменяется со временем, так как не зависит от вращения небесной сферы.
      Поясним геометрический смысл этой координаты. Положение Солнца относительно звезд меняется. В течение года Солнце описывает полный круг на небесной сфере, за это время дважды — весной и осенью — пересекая небесный экватор. Точка небесного экватора, через которую центр Солнца проходит весной (21 марта), называется точкой весеннего равноденствия и обозначается знаком Г (знак созвездия Овна). Прямое восхождение светила — это угол, отсчитываемый по небесному экватору от точки весеннего равноденствия до круга склонения светила. Прямое восхождение измеряется от 0° до 360° против хода часовой стрелки, если смотреть с северного полюса мира, т. е. навстречу суточному вращению небесной сферы.
      Основное достоинство горизонтной системы заключается в простоте измерения координат. По азимуту и высоте светила, измеренным в полете, путем расчетов можно определить местонахождение наблюдателя, курс самолета и время.
      Однако знания только горизонтных координат светил недостаточно для решения других задач. Кроме того, гори-зонтные координаты с течением времени непрерывно и неравномерно изменяются (вследствие вращения небесной сферы) и зависят от местонахождения наблюдателя на Земле, которое обусловливает положение плоскости истинного горизонта.
      В противоположность этому положение небесного экватора на небесной сфере не зависит от времени и места наблюдателя на Земле, следовательно, склонение каждого светила, отсчитываемое от экватора, — величина постоянная. Прямое восхождение, которое отсчитывается от точки весеннего равноденствия, вращающейся вместе с небесной сферой, тоже постоянно для каждого светила. Часовой угол вследствие равномерного вращения небесной сферы изменяется с течением времени равномерно. Поэтому карты неба и астрономические ежегодники составляются в экваториальных координатах.
      Горизонтные и экваториальные координаты светил связаны между собой определенными соотношениями.
      Интересно отметить, что широта места наблюдателя равна высоте полюса мира, потому ЧТО стороны углов взаимно-перпендикулярны (рис. 11). Так будет в любой точке земного шара. В этом легко убедиться, наблюдая Полярную звезду, которая расположена близ полюса мира, из различных мест, значительно удаленных друг от друга по широте. Даже невооруженным глазом можно определить, что Полярная звезда в Москве (ф 56°) выше, чем в Краснодаре (ф 45°), а в Архангельске (ф ~ 64°) выше, чем в Москве. На Северном географическом полюсе (ф = 90°) Полярная звезда расположена прямо над головой, в зените.
      Таким образом, измерив высоту полюса мира (практически высоту Полярной звезды), наблюдатель получит географическую широту своего места.
      Каждое светило в своем суточном движении вокруг оси мира пересекает небесный меридиан в двух точках. Момент прохождения светила через небесный меридиан называется кульминацией светила. Различают верхнюю и нижнюю кульминации. При верхней кульминации высота светила наибольшая, а при нижней — наименьшая. В северной полусфере азимут светила в момент верхней кульминации равен 180°, а в момент нижней — 0°. Исключением являются азимуты незаходящих светил, верхние кульминации которых происходят между полюсом (...)
      По этим соотношениям, зная широту местонахождения наблюдателя (определяется по карте) и склонение светила (находится по «Астрономическому ежегоднику»), можно рассчитать высоту светила в момент кульминации и, сравнив ее с фактически измеренной высотой в момент кульминации, вычислить поправку секстанта. По высоте светила, измеренной в момент кульминации, можно рассчитать также широту своего местонахождения.