Любительская астрономия. Люди, открывшие небо

В горизонтальной системе координат положение светила отсчитывается относительно плоскости горизонта. Основные точки в этой системе координат — стороны света (север, юг, восток и запад), зенит (точка над головой наблюдателя) и надир (точка под ногами). Положение светила относительно сторон света называют азимутом, а положение относительно горизонта — высотой. И то и другое измеряется в угловых градусах.

Горизонтальная система координат

Однако при видимом вращении небесной сферы высота и азимут светил непрерывно меняется, поэтому такая система непригодна для составления карт. Для этого используется экваториальная система координат. Основная плоскость в ней — плоскость небесного экватора, проекция на небесную сферу земного экватора. Проекции земных полюсов на небесную сферу называются полюсами мира. Вблизи северного полюса мира находится Полярная звезда, которая достаточно ярка — она имеет 2 звездную величину. Вблизи же южного полюса мира нет таких ярких светил; направление на него можно определить по созвездию Южный Крест, которое расположено намного дальше от него, чем Полярная звезда от Северного.

Экваториальная система координат

Кроме того, на небесной сфере есть эклиптика — большой круг, по которому происходит годичное движение Солнца по зодиакальным созвездиям. Эклиптика представляет собой своеобразную проекцию земной орбиты на небесной сфере.

Аналог земной широты называется склонением и отсчитывается от небесного экватора к полюсам мира. Аналог земной долготы отсчитывается от точки весеннего равноденствия — одной из двух точек, где эклиптика пересекается с небесным экватором.

Изменение вида звездного неба в зависимости от места, времени суток и года

Как мы уже знаем, из-за вращения Земли вокруг своей оси звезды непрерывно движутся по небосклону, описывая окружности вокруг полюсов мира. Если смотреть на их вращение с полюсов Земли, то полюс мира окажется у нас над головой, в зените, а звезды будут двигаться параллельно горизонту, не заходя за него. Наблюдателю будет доступно только одно полушарие небесной сферы — звезды другого никогда не восходят над горизонтом.

На экваторе Земли картина совсем иная. Через зенит проходит линия небесного экватора, а оба полюса мира лежат на линии горизонта в точках севера и юга. Все звезды восходят и заходят, двигаясь по небу под прямым углом к горизонту. По мере вращения небесной сферы в течение года на экваторе мы можем видеть над горизонтом все звезды обоих небесных полушарий.

В средних географических широтах Земли картина промежуточная между полюсом и экватором. Полюс мира виден на высоте, равной географической широте места (скажем, для Москвы это 56°). Небесный экватор наклонен к горизонту и приподнимается над ним тем выше, чем ближе местность к географическому экватору, и тем больше звезд другого полушария мы можем видеть. Часть звезд на небе восходят и заходят, а часть, расположенная близко к полюсу мира, в так называемой околополярной зоне, не заходят. Граница зоны незаходящих звезд уменьшается по мере приближения к экватору и опускания полюса мира к горизонту.

Помимо вращения вокруг своей оси, Земля движется по орбите вокруг Солнца, которое тоже видно на фоне звездного неба. Конечно, днем мы не можем видеть звезды возле Солнца, но на потемневшем небе те из них, которые расположены ближе всего к нему, первыми заходят ранним вечером и последними восходят перед рассветом.

Но по мере движения Земли каждый день Солнце немного смещается на небе, и звезды видно уже немного в другом месте. За сутки оно проходит по эклиптике путь примерно в 1 угловой градус. Чтобы повернуться на такой угол, Земле требуется 4 минуты. И значит, звезды восходят и заходят каждые сутки на 4 минуты раньше, при этом вечерние звезды приближаются к Солнцу, а утренние — отдаляются от него. (На языке астрономов: звездные сутки на 4 минуты короче солнечных).

Все это приводит к тому, что каждые 2 недели время восходов и заходов звезд смещается на 1 час, а за месяц — на 2 часа. В одно и то же время суток одни созвездия сместятся к западу, другие придут на их место с востока. В итоге через 12 месяцев, после завершения оборота Земли вокруг Солнца, картина звездного неба завершает годичный цикл изменения.

С чего начинать знакомство с созвездиями

Новичку может показаться, что распознать среди множества звезд фигуры созвездий очень трудно. К тому же многие карты звездного неба искажают их очертания из-за специфики картографических проекций. Но отчаиваться ни в коем случае не надо, опыт приходит со временем, и однажды, после нескольких неудачных попыток, вы увидите то, что искали — и будете удивляться, как можно было это так долго не находить…

Конечно, лучше придерживаться определенного алгоритма знакомства с созвездиями, начиная с самых ярких, заметных и известных, которые могут быть ориентирами и опорными пунктами для поиска других.

Для жителей Северного полушария отправным пунктом может стать околополюсное созвездие Большая Медведица. В средних широтах оно не заходит за горизонт, и в вечернее время его «ковш» из семи звезд можно найти без особого труда: осенью — невысоко над северным горизонтом, зимой — повыше, в северо-восточной части неба, весной — высоко (для Москвы практически в зените), летом — на северо-западе.

Большая Медведица служит отличным ориентиром для поиска других звезд и созвездий. Наиболее известен способ, как с ее помощью можно найти Полярную звезду — продолжив внешнюю сторону Ковша. Однако, как показано на схеме, с помощью этой примечательной фигуры из звезд можно найти еще много других созвездий.

Способы нахождения созвездий с помощью Ковша Большой Медведицы

Отталкиваясь от «ковша» Большой Медведицы, вы найдете Полярную звезду и созвездие Малая Медведица, затем в их окрестностях научитесь узнавать созвездия Дракон, Кассиопея, Цефей и Персей, а после Ковш укажет вам и направления на более далекие созвездия Лев, Волопас, Возничий.

Следующий шаг — найти созвездия, которые видны в вечернее время в южной части неба в определенные сезоны года. Осенью выделяются созвездия Пегас и Андромеда, которые вместе тоже напоминают Ковш, но более крупный, чем у Большой Медведицы. Разглядев его, можно искать созвездия Овен и Персей, а потом — более слабые: Рыбы, Треугольник, Кит…

На зимнем небе главная фигура, конечно же, Орион с его блистающим «бантом», украшенным яркими Бетельгейзе и Ригелем и характерным «поясом» из трех звезд. Продолжив этот «пояс» вверх и вниз, мы найдем другие яркие звезды — Альдебаран из созвездия Телец и Сириус в созвездии Большой Пес. А дальше можно найти остальные зимние созвездия: как приметные, тоже имеющие в своем составе звезды первой величины и ярче (Близнецы, Возничий, Малый Пес), так и неяркие — Единорог, Заяц.

На весеннем небе главное созвездие — Лев с ярким Регулом. Найдя его, нетрудно затем отыскать другие яркие светила — Арктур из Волопаса и Спику, сияющую в Деве. Затем можно приступить к поиску остальных, намного более тусклых созвездий — Рак, Ворон, Чаша, Гидра, Малый Лев, Секстант, Волосы Вероники.

Летом и осенью в южной части неба выделяются три яркие звезды: Вега, Денеб, Альтаир. Это главные звезды созвездий Лира, Лебедь и Орел, но вместе их называют Осенне-летним треугольником. С него и нужно начинать знакомство с летним небом, а затем искать остальные летние созвездия — Северную Корону, Геркулес, Змееносец со Змеей, Скорпион, Стрелец, Козерог, Водолей, Лисичка, Дельфин, Стрела, Щит…

Полезные ссылки:

В Интернете можно найти онлайн-карты звездного неба, показывающие его вид как на текущий момент, так и на любой день и час в прошлом или будущем. Одна из таких карт находится вот тут:http://www.astronet.ru/db/map/.

Для более полного знакомства с небом, а также для удобства, нужно установить на компьютер, телефон или планшет программу-планетарий. Например, среди начинающих любителей астрономии популярен бесплатный планетарий Stellarium:http://www.stellarium.org/ru/. Эта программа позволяет смоделировать множество явлений и реалистично показать их. Существуют и другие виртуальные планетарии с самыми разными функциями и возможностями, и каждый может выбрать для себя тот, который отвечает его запросам.

Оптические приборы для астрономических наблюдений

Время древних астрономов с угломерными инструментами давно прошло, и любителю астрономии, если он не хочет ограничиваться чтением книг, просмотром фильмов и поиском созвездий по карте, необходим оптический прибор.

Если вы увлеклись астрономией лишь недавно и не имели до того опыта наблюдений, оптимальным вариантом первого прибора для вас станет не крупный телескоп, а бинокль. Он легче и компактнее телескопа и прекрасно подойдет для общего знакомства с небом, Млечным Путем, яркими туманностями и звездными скоплениями, крупными деталями на поверхности Луны. Также с помощью бинокля можно наблюдать и кометы.

Покупая бинокль, обращайте внимание прежде всего на его апертуру (диаметр объектива) и увеличение. Например, бинокль с маркировкой 6×50 — это бинокль с апертурой 50 мм и увеличением 6 крат. Бывают очень большие бинокли с большим увеличением, например 20×100, но их невозможно использовать, держа в руках, по причине большой тяжести и дрожания изображения (дрожь в руках из-за тяжелого бинокля многократно усиливается большим увеличением). Поэтому использовать такие громоздкие инструменты можно только со штативом. Оптимальные параметры бинокля для обзоров неба и наблюдений с рук — 7×50 или 8×56.

Конечно, по-настоящему увлеченный любитель вряд ли ограничится одним биноклем, и телескоп закономерно будет следующим этапом.

Любительские телескопы чаще всего принадлежат к двум первым исторически появившимся типам — рефракторам и рефлекторам.

Рефракторы удобны в пользовании благодаря прочной конструкции трубы и ее герметичности, не часто требуют настройки и обслуживания, дают контрастное и четкое изображение, что важно при наблюдении планет. Но есть у рефракторов и недостатки. Из-за того, что световые лучи разных участков спектра по-разному преломляются в стекле, изображение в них страдает хроматической аберрацией, то есть окрашено по краям в разные цвета (за исключением дорогих моделей, так называемых апохроматов). Кроме того, модели с большим диаметром объектива стоят дороже, чем такого же размера телескопы других систем.

Изготовить зеркало проще, чем линзу такого же диаметра, поэтому рефлекторы в среднем стоят дешевле, чем рефракторы. Кроме того, зеркало легче, чем линза, а значит, и вес телескопа будет меньше. Свободны они и от хроматической аберрации, так как лучи в них не преломляются, а отражаются. Но у рефлекторов тоже есть недостатки. Изображение в них менее контрастное, чем в рефракторах, из-за потерь света при его отражении на маленьком вторичном зеркале, которое к тому же и не пускает часть света в трубу. Конструкция трубы не герметична, а это значит, что внутрь легко попадает пыль и грязь. Зеркальное покрытие со временем тускнеет. У рефлекторов наблюдается и аберрация, но другого типа — сферическая (объекты по краям поля зрения выглядят более размытыми, чем в центре). Кроме того, конструкция рефлектора чаще требует юстировки (настройки оптики).

Существуют оптические схемы, в которых применяются и линзы, и зеркала. Среди любителей известны, например, системы Шмидта-Кассегрена и Максутова-Кассегрена, в которых перед зеркалом установлены корректирующие линзы. Они свободны от многих недостатков и рефракторов, и рефлекторов, кроме того, имеют короткую герметичную трубу, удобную для транспортировки, но, как правило, стоят дороже как рефракторов, так и рефлекторов.

Выбирая телескоп, нужно, как и в случае с биноклем, четко представлять себе, чего вы от него хотите, а также, что реально можно от него ожидать. Ни один телескоп, даже крупный, не покажет вам таких картинок, как на фотографиях с «Хаббла». Кроме того, подумайте о том, где вы будете проводить наблюдения. Если вы живете в зоне интенсивной засветки, то громоздкий инструмент с большой апертурой, стоящий на балконе, все равно не продемонстрирует вам всего, на что он способен, а транспортировать его за город будет сложно, в отличие от более компактного телескопа.

2. Луна и ее наблюдения

Наш естественный спутник всегда привлекал к себе внимание. Его серебристый свет в ночи кажется многим таинственным, мистическим. Но астрономы давно раскрыли истинную природу Луны — застывшего каменистого небесного тела, испещренного кратерами. Согласно современным теориям, Луна образовалась более 4 миллиардов лет назад в результате столкновения протоземли с телом размером приблизительно с Марс. Удар пришёлся не по центру, а под углом (почти по касательной). В результате большая часть вещества ударившегося объекта и часть вещества земной мантии были выброшены на околоземную орбиту. Из этих обломков собралась протолуна и стала обращаться по орбите с радиусом около 60 000 км. Земля в результате удара получила резкий прирост скорости вращения (один оборот за 5 часов) и заметный наклон оси вращения. Хотя у этой гипотезы есть слабые места, нуждающиеся в дальнейшей проработке, в настоящее время она считается основной.

В настоящее время среднее расстояние между центрами Земли и Луны — 384 467 км (порядка 30-ти диаметров Земли). Обращается вокруг нашей планеты она с периодом 27,32 земных суток. Этот промежуток называется сидерическим, или звездным месяцем (от лат. sidus, звезда; род. падеж sideris) — потому что в течение него Луна занимает прежнее положение относительно звезд. Смена лунных фаз — новолуние, первая четверть, полнолуние, последняя четверть и опять новолуние — происходит в среднем за 29,5 суток. Этот период длиннее, чем сидерический месяц, потому что смена фаз зависит от положения Луны относительно Солнца, а оно в результате движения Земли по орбите за месяц смещается по эклиптике к востоку.

Былое близкое соседство с Землей и мощные приливные взаимодействия сильно затормозило вращение Луны вокруг своей оси, вернее, синхронизировали его: на оборот вокруг своей оси Луна теперь тратит столько же времени, как и на оборот вокруг Земли. В результате наш спутник все время повернут к Земле одной стороной.

Приступая к наблюдениям

Луна — самое близкое к Земле крупное небесное тело, и благодаря этому она — самый легкий объект для любителей астрономии. Даже невооруженным глазом на ней можно разглядеть немало интересного. Например, так называемый «пепельный свет» (свечение в отраженных лучах Земли темной части лунного диска), который вы видите, наблюдая тонкий серп Луны, лучше всего заметен в сумерках, рано вечером на растущей или ранним утром на убывающей Луне. Без оптического прибора можно провести интересные наблюдения общих очертаний Луны — обнаружить контуры морей и суши. Удивительно, что все это можно заметить простым глазом (конечно, здоровым, без нарушений зрения, или в очках) на крохотном диске всего в половину углового градуса!

Со времен Галилея Луна доступна оптическим приборам. Бинокль или небольшой телескоп с малым увеличением поможет более подробно изучить лунные моря, крупнейшие кратеры и горные цепи. Даже такой скромный оптический прибор позволит ознакомиться с наиболее интересными достопримечательностями нашего спутника.

С увеличением апертуры увеличивается и количество видимых деталей на поверхности Луны, и наблюдения становятся еще более интересными. Телескопы с объективом диаметром 200–300 мм позволяют рассматривать тонкие детали в структуре крупных кратеров, увидеть строение горных хребтов, рассмотреть множество борозд и складок, увидеть цепочки мелких лунных кратеров.

Технические хитрости

Луна — очень яркий объект. Ее свет при наблюдении в телескоп зачастую буквально ослепляет наблюдателя. Чтобы ослабить яркость и сделать наблюдения более комфортными, многие любители астрономии используют нейтральный серый фильтр или поляризационный фильтр с переменной плотностью. Последний более предпочтителен, так как позволяет менять уровень передачи света от 1 до 40 % Чем это удобно? Количество света, поступающего от Луны, зависит от её фазы и применяемого увеличения. Поэтому при использовании обычного нейтрального фильтра изображение Луны часто будет то слишком яркое, то чересчур темное. Фильтр с переменой плотностью лишен этих недостатков и позволяет при необходимости выставить комфортный уровень яркости.

Можно также диафрагмировать объектив, надев на него крышку с отверстием малого диаметра. Это тоже уменьшит количество света, который попадает в телескоп, и снижает яркость изображения. При желании величину диафрагмы тоже можно менять (например, изготовив несколько крышек с разными по величине отверстиями).

При наблюдениях Луны между фазами первой или последней четверти и полнолунием можно включить умеренно яркий белый свет позади наблюдателя. Конечно, свет не должен попадать в глаза наблюдателя и бликовать на окулярах.

Такой метод дает возможность глазам сохранять дневное зрение, более совершенное, чем ночное. В целом у вас появится возможность видеть больше деталей, так как вы используете все возможности ваших глаз.

Важно помнить!

Стороны света на Луне расположены так же, как на Земле, когда мы смотрим на глобус и географическую карту. Поэтому, например, восточный край обращенного к Земле полушария Луны мы, жители Северного полушария, видим справа.

Как уже было сказано, из-за того, что период обращения Луны вокруг Земли равен периоду её вращения вокруг своей оси, она обращена к нам одной стороной. Но в силу ряда геометрических и физических причин мы можем видеть небольшую часть поверхности обратного ее полушария. Нам кажется, что Луна слегка «покачивается». Это явление называется либрацией (от лат. lībrātiō — «раскачивание»). Либрация позволяет наблюдателю с Земли видеть в разные моменты времени лунный диск в несколько различающихся положениях.

Либрация по долготе связана с тем, что орбита Луны вокруг Земли не круговая. По этой причине скорость движения Луны по орбите непостоянна, а скорость вращения вокруг своей оси более стабильна. В результате мы видим чуть больше то восточный, то западный край лунного диска. Либрация по широте происходит вследствие наклона оси вращения Луны к плоскости её орбиты вокруг Земли. При движении Луны вокруг Земли мы наблюдаем то южный, то северный полюс Луны. Благодаря этим двум либрациям мы можем видеть сравнительно большие области обратного полушария Луны — около 8 и 7 градусов соответственно.

Существуют также еще два вида либраций — суточная и физическая — вызванные суточным вращением Земли (и перемещением наблюдателя вместе с ее поверхностью относительно Луны) и приливными силами, которые действительно «покачивают» наш спутник. Но их амплитуда невелика — 50 и 2 угловые минуты соответственно.

Таким образом, в результате всех четырех видов либраций в разное время мы видим разные небольшие части обратной стороны Луны, т. е. в сумме мы видим не 50, а примерно 59 % лунной поверхности.

Интересные ссылки:

Карта Луны онлайн:http://www.astronet.ru/pages/moonmap.html.

Карта пригодна для изучения вида Луны в бинокль или телескоп с малым увеличением.

Сервис Google Moonhttps://www.google.com/moon/.

Когда лучше всего наблюдать Луну?

Как ни парадоксально это кажется на первый взгляд, полнолуние — далеко не самая удобная фаза для наблюдения Луны. Дело в том, что Солнце в это время расположено строго позади Луны и светит ей «в лоб», тени от гор короткие, и изображение не очень контрастное. Наибольший интерес для наблюдения представляют детали вблизи лунного терминатора — границы освещенной и неосвещенной стороны нашего спутника. Терминатор — это граница дня и ночи на Луне. Во время растущей Луны он указывает место восхода Солнца, а в период убывающей — захода. Возвышенности, лежащие вблизи него и освещенные косыми лучами низко стоящего Солнца, отбрасывают длинные тени. Наблюдать поверхность Луны удобно, если изо дня в день следить за терминатором, который постепенно проходит через все новые и новые области, проявляя их рельеф. Вы увидите вершины гор, которые уже освещаются солнечными лучами, в то время как окружающая их более низкая часть поверхности еще находится в тени. Пейзаж вдоль линии терминатора меняется в режиме реального времени, и наблюдение за тем, как выходит из тени или наоборот, погружается в нее, та или иная лунная достопримечательность, подарит вам незабываемые впечатления!

Наиболее удобные периоды для наблюдения Луны начинаются со 2 дня после новолуния до 2–3 дня после первой четверти, и аналогично — 2–3 день перед последней четвертью — 2 день до новолуния.

Что наблюдать на Луне

Кратеры — самые распространенные образования на лунной поверхности. В переводе (лат. crater от др. — греч. κρατήρ) это слово означает «чаша». Большинство лунных кратеров имеют ударное происхождение, то есть возникли вследствие удара космического тела о поверхность нашего спутника. Крупнейшие кратеры видны уже в небольшой бинокль.

Лунные моря — темные участки, отчетливо выделяющиеся на лунной поверхности. Темные пятна, образующие так называемое «лицо на Луне», различимое невооруженным глазом, являются ничем иным, как лунными морями. Первые астрономы, изучавшие Луну, искренне считали, что на ней может быть жидкая вода и что эти пятна действительно являются водоемами. В дальнейшем наука опровергла эти наивные представления. Лунные моря — это низины, в далеком прошлом залитые лавой, которая застыла и придала им относительно более ровный вид, чем у остальных участков. Правда, в результате непрерывной метеоритной «бомбардировки», длящейся уже миллиарды лет, поверхность морей тоже покрылась мелкими кратерами. Моря занимают 40 % от всей площади видимой с Земли поверхности.

Борозды — лунные долины, достигающие в длину сотен километров. Нередко ширина борозд достигает 3,5 км, а глубина 0,5–1 км.

Складчатые жилы — по внешнему виду напоминают верёвки и, по-видимому, являются результатом деформации и сжатия, вызванных опусканием морей.

Горные цепи — лунные горы, высота которых колеблется от нескольких сотен до нескольких тысяч метров. Они представляют собой края больших кратеров или ударных бассейнов, разрушенные последующими ударами, в результате чего остались только части стены, напоминающие горные цепи. Носят названия земных горных хребтов — Апеннины, Альпы, Кавказ, Карпаты, Пиренеи, Кордильеры.

Растущая Луна

Наиболее интересные достопримечательности Луны с привязкой к лунным фазам, когда они находятся вблизи терминатора.

Молодая Луна (2–4 дня)

На третий день после новолуния можно заметить часть Моря Кризисов и несколько крупных кратеров Лангрен, Венделин и Петавий. На четвертый день Море Кризисов выходит из тени полностью, а к югу от него выступает Море Изобилия.