Підручник з Астрономії (рівень стандарту). 11 клас. Пришляк - Нова програма

Тема 1. Небесна сфера. Рух світил на небесній сфері

1. Небесні світила й небесна сфера. Сузір'я. Зоряні величини

Небесні світила і небесна сфера. Основні точки, лінії та площини небесної сфери. Під час спостережень за зорями нам здається, що всі небесні світила розташовані на деякій уявній сферичній поверхні неба й однаково віддалені від спостерігача. Насправді вони розташовані на різних відстанях від Землі (рис. 1.1). Тому уявну поверхню небосхилу почали називати небесною сферою (рис. 1.2). Поняття небесна сфера дає змогу визначити кутові відстані між довільними небесними світилами.

Рис. 1.1. Зорі в сузір'ї Оріон

Рис. 1.2. Небесна сфера O — центр небесної сфери (місце розташування спостерігача); Q — верхня точка небесного екватора; Q' — нижня точка небесного екватора; М — світило

Прямовисною лінією (ZZ') називають пряму, яка проходить через центр небесної сфери. Її напрямок задається силою тяжіння Землі в точці спостереження і визначається за допомогою виска-тягарця, підвішеного на нитці. Зеніт (Z) — верхня точка перетину прямовисної лінії з небесною сферою, а надир (Z') — точка небесної сфери, протилежна зеніту. Площину, яка проходить через центр небесної сфери та є перпендикулярною до прямовисної лінії, називають площиною математичного (справжнього) горизонту.

Велике коло небесної сфери, яке проходить через зеніт, світило й надир, називають колом висоти, або вертикальним колом (ZMZ').

Вісь світу (PNPS) — це пряма, що проходить через центр небесної сфери паралельно осі обертання Землі й перетинає небесну сферу у двох діаметрально протилежних точках.

Точка перетину осі світу з небесною сферою, поблизу якої розташована Полярна зоря, називається Північним полюсом світу (PN), з протилежного боку розташований Південний полюс світу (PS).

Небесна сфера — сферична поверхня довільного радіуса з центром у довільній точці простору, на якій розташування небесних тіл зображають у такому вигляді, як їх видно з цієї точки у певний момент часу

Сузір'я — ділянки небесної сфери, на які поділені окремі групи зір для зручності орієнтування

Небесний екватор — велике коло, яке проходить через центр небесної сфери і перпендикулярне до осі світу. Він ділить небесну сферу на Північну півкулю з вершиною в Північному полюсі світу та Південну — з вершиною в Південному полюсі світу.

Коло схилень світила (PNMPS) — це велике коло небесної сфери, що проходить через полюси світу й саме світило.

Велике коло небесної сфери, яке проходить через точки зеніта, надира та полюси світу, називають небесним меридіаном. Він перетинається з математичним горизонтом у двох діаметрально протилежних точках. Точка перетину математичного горизонту й небесного меридіана, найближча до Північного полюса світу, називається точкою півночі (N). Точка перетину математичного горизонту й небесного меридіана, найближча до Південного полюса світу, називається точкою півдня (S). Пряма, що поєднує точки півночі й півдня, називається полуденною лінією (NS). Вона лежить на площині математичного горизонту.

Точку небесного екватора, через яку Сонце під час свого руху по екліптиці переходить з Південної півкулі неба в Північну, називають точкою весняного рівнодення.

Точка небесного екватора, через яку Сонце переходить з Північної півкулі небесної сфери у Південну, — точка осіннього рівнодення

Математичний горизонт з небесним екватором також перетинаються у двох діаметрально протилежних точках — точці сходу (E) й точці заходу (W). Якщо спостерігач стоїть в центрі небесної сфери обличчям до точки півночі, праворуч від нього буде розташована точка сходу, а ліворуч — точка заходу.

Видимий річний шлях Сонця серед зір називають екліптикою (рис. 1.3). У площині екліптики лежить орбіта Землі, тобто її шлях навколо Сонця. Екліптика перетинає небесний екватор в точках весняного (♈, близько 21 березня) й осіннього (♎, близько 23 вересня) рівнодення.

Рис. 1. 3. Екліптика

Сузір'я. Відстані в космічному просторі такі великі, що вимірювати їх у звичайних для нас кілометрах незручно, тому астрономи вибрали одиницями вимірювання астрономічну одиницю та світловий рік.

За межами Сонячної системи, на відстані понад 100 000 а. о., починається зона тяжіння інших зір. Неозброєним оком на небі можна побачити близько 3000 зір, які утворюють 88 сузір'їв. Насправді зір набагато більше, але від далеких світил надходить так мало світла, що їх можна спостерігати тільки в телескоп. Великі скупчення зір, що утримуються силою тяжіння, називають галактиками.

Астрономічна одиниця (а. о.) — середня відстань між центрами Землі та Сонця.

1 а. о. ≈ 150 • 106 км

Світловий рік (св. рік) — відстань, яку проходить світловий промінь за 1 рік, рухаючись зі швидкістю 300 000 км/с.

1 св. рік ≈ 1013 км

Деякі відомі сузір'я містять добре помітні фігури, складені яскравими зорями, які легко впізнати. Наприклад, Велика Ведмедиця (контур ковша), Оріон (фігура мисливця), Лев (контур лежачого лева), Скорпіон. Інші сузір'я не мають таких визначених контурів і містять менш яскраві зорі. Розподіл зір між сузір'ями довільний, і різні культури виділяють на небі різні сузір'я. Однак декілька найпомітніших контурів, складених яскравими зорями, виділяються більшістю культур, хоча зазвичай вони отримують різні назви. Таким є сузір'я Оріон (рис. 1.4).

Рис. 1.4. Сузір'я Оріон

Для допитливих

Здебільшого українські назви сузір'їв є перекладами грецьких або латинських назв. Але щодо окремих сузір'їв вживаються і народні назви. Так, Велика Ведмедиця — це Великий Віз, Мала Ведмедиця — Малий Віз, Кассіопея — Борона, або Пасіка, Дельфін — Криниця, пояс Оріона — Косарі, Орел — Дівчина з відрами, а зоряне скупчення Плеяди — Стожари, Чумацький Шлях.

Зоряні величини. Уперше умовну шкалу зоряних величин ввів для визначення яскравості зір грецький астроном Гіппарх у II ст. до н. е. Тоді астрономи вважали, що зорі розміщені на однаковій відстані від Землі, тому яскравість залежить від розмірів цих світил. Зараз ми знаємо, що зорі навіть в одному сузір'ї розташовуються на різних відстанях, тому видима зоряна величина визначає тільки деяку кількість енергії, яку реєструє наше око за певний проміжок часу.

Гіппарх розділив усі видимі зорі за яскравістю на 6 своєрідних класів — 6 зоряних величин. Найяскравіші — зорі першої величини, більш слабкі — другої, а найслабші, які ледве видно на нічному небі, — шостої. У XIX ст. англійський астроном Н. Погсон (1829-1891) доповнив визначення зоряної величини ще однією умовою: зорі першої зоряної величини мають бути у 100 разів яскравіші за зорі шостої величини. Видиму зоряну величину позначають літерою m. Для будь-яких зоряних величин m1, m2 буде справедливе таке співвідношення їх яскравості E1 та E2:

Видима зоряна величина m визначає кількість світла, що потрапляє від зорі до нашого ока. Найслабші зорі, які ще можна побачити неозброєним оком, мають m = +6m. Рівняння (1.5) називають формулою Погсона. Яскравість E фактично визначає освітленість, яку створюють зорі на поверхні Землі, тому величину E можна вимірюватилюксами — одиницями освітленості, які застосовують у курсі фізики. Згідно з формулою (1.5), якщо різниця зоряних величин двох світил дорівнює одиниці, то відношення блиску буде ≈ 2,512.

Для визначення видимих зоряних величин небесних світил астрономи взяли за стандарт так званий Північний полярний ряд — це сукупність 96 зір, розташованих навколо Північного полюса світу. Найяскравіша серед них — Полярна зоря (рис. 1.6) має зоряну величину m = +2m.

Рис. 1.6. Полярна зоря

У бінокль видно зорі до +8m, у шкільний телескоп видно світила до +11m, а за допомогою найбільших телескопів сучасними методами можна зареєструвати слабкі галактики до +28m. Дуже яскраві небесні світила мають від'ємну зоряну величину. Наприклад, найяскравіша зоря нашого неба Сіріус має видиму зоряну величину m = -1,6m, для найяскравішої планети Венери m = -4,5m, а для Сонця m = -26,7m.

Найяскравіші зорі

Назва

Сузір'я

Відстань (св. р.)

Зоряна величина

Сіріус

Великий Пес

8,6

- 1,47

α Кентавра

Кентавр

4,3

- 0,27

Арктур

Волопас

36,7

- 0,04

Вега

Ліра

25

+ 0,03

Капелла

Візничий

42,2

+ 0,08

Рігель

Оріон

870

+ 0,12

Проціон

Малий Пес

11,4

+ 0,38

Бетельгейзе

Оріон

530

+ 0,50

Альтаїр

Орел

16,8

+ 0,75

Альдебаран

Телець

65

+ 0,85

Антарес

Скорпіон

610

+ 1,09

Поллукс

Близнята

33,7

+ 1,15

Денеб

Лебідь

1550

+ 1,25

Регул

Лев

69

+ 1,35

Дізнайтеся про походження назв зір і систему їх позначення

Контрольні запитання

  • 1. Що розуміють під небесною сферою? Дайте визначення основних точок, ліній і площин небесної сфери.
  • 2. Пригадайте і сформулюйте різницю між зорями та планетами.
  • 3. Розкажіть, як сузір'я отримали назви. Назвіть найвідоміші сузір'я. Як ви вважаєте, навіщо люди почали об'єднувати зоряні скупчення в сузір'я?
  • 4. Обчисліть точне значення величини (до третього знака) 1 св. року в кілометрах.
  • 5. За яким принципом складена шкала зоряних величин Гіппарха? Що розуміють під зоряною величиною?