Какое направление показывает Полярная звезда и как ее найти в звездном небе?

Полярная звезда, пожалуй, одно из самых часто упоминаемых светил. О ней говорится на страницах художественной литературы, в заметках мореплавателей, научных исследованиях. Своей известностью, даже популярностью, светило обязано в первую очередь тому, какое направление показывает Полярная звезда. Ее уникальное положение на протяжении нескольких сотен лет помогает ориентироваться путешественникам как по морю, так и по суше. Кроме того, она играет некоторую роль и в определении расстояний на космических просторах, а потому является объектом многих научных исследований. Но обо всем по порядку.

Танцующие звезды

Ответ на вопрос, какое направление показывает Полярная звезда, неразрывно связан с местом светила на воображаемой небесной сфере. Если наблюдать за звездами с Земли, кажется, будто они двигаются вокруг планеты, то опускаясь за горизонт, то выныривая снова. На изображениях, сделанных фотоаппаратом с большой выдержкой, видно, что светила перемещаются по круговым траекториям разного диаметра. Чем они меньше, тем ближе звезда к полюсу небесной сферы. В центре образованных движением звезд окружностей в Северном полушарии располагается неподвижная точка. Это и есть Полярная звезда, или, как ее называли некоторые народы, Северный Гвоздь, Прикол-звезда, Железный или Небесный Кол, Золотая Свая.

Особенности положения

Метафора «гвоздь» очень удачна: если продолжить воображаемый металлический стержень от «шляпки», то легко понять, какое направление показывает Полярная звезда. Этот «гвоздь» протыкает земной шар точно на Северном полюсе, проходит сквозь все внутренние слои планеты и снова появляется в точке Южного полюса. Таким образом, Полярная звезда на небе располагается на продолжении земной оси. От Северного полюса ее отделяет меньше 1º-.

Нужно заметить, что Полярная звезда движется так же, как и остальные светила. Ее кажущееся для нас зафиксированное место связано именно с расположением на продолжении оси. Ведь на самом деле достаточно стремительное движение звезд связано не только с их собственным перемещением, но и с вращением планеты. Совершая обороты вокруг оси, Земля поворачивается к звездам то одним, то другим боком. И только светила, расположенные над полюсами, всегда видят одну и ту же часть поверхности. К слову, на Южном полюсе также есть своя полярная звезда — Сигма Октанта, однако она очень тусклая по сравнению с другими. Впрочем, через некоторое время все может измениться.

Пост сдал — пост принял

Полярная звезда показывает направление на север примерно с 1100 года нашей эры. Максимально близко она будет к полюсу мира только в 2100 г., а затем начнет удаляться. Так, с начала времен пост главного указателя передается от одного светила к другому. Связано это с собственным движением звезд, а также с таким явлением, как прецессия земной оси. Воображаемый стержень, пронзающий планету, тоже движется: он медленно описывает круги. Причина кроется в особенностях формы земного шара и действия силы притяжения. Ось проходит один круг почти за 26 тысяч лет.

Примерно 15 тысяч лет назад в роли Северного Гвоздя выступала Вега, самая яркая точка созвездия Лиры. И еще через чуть меньше чем 11 тысяч лет она вновь займет это положение. На смену Полярной звезде в ближайшее время придет Альраи (Гамма Цефея), будет это в 3200 году. А в 5000 году Альраи сменит Бета того же созвездия, Альфирк, и затем, в 6500-м, - Альдерамин (Альфа Цефея). В промежутке между 8500 и 13 000 годами положение Полярной звезды будут занимать Денеб и Садр из созвездия Лебедь.

Как находить Полярную звезду?

С Северным Гвоздем связан один очень стойкий миф, порожденный его известностью и популярностью. Кажется, что звезда, которая у всех на устах, должна быть если не самой яркой на небе, то хотя бы затмевающей многих других. Однако это не так. Полярная звезда находится в созвездии Малой Медведицы и среди других светил в его составе действительно выделяется. При этом в списке самых ярких точек всего ночного неба она занимает только 46-е место. Поэтому важно знать, как находить Полярную звезду.

Основной ориентир — это Большая Медведица. Созвездие знакомо практически всем с детства. Для обнаружения Северного Гвоздя необходимо мысленно соединить одной прямой две крайние звезды Большого Ковша - Дубге и Мерак. Если продолжить линию на расстояние, примерно равное пяти отрезкам между Дубге и Мераком, то на ее конце и обнаружится Полярная звезда. Она венчает собой хвост Малой Медведицы.

Как сориентироваться на местности по Полярной звезде?

С того момента, как Северный Гвоздь оказался в непосредственной близости от полюса мира, его стали использовать в качестве удобного ориентира. Полярная звезда указывает направление на север, причем даже точнее, чем иной компас. Определить стороны света при этом достаточно просто. Необходимо опустить перпендикуляр к поверхности из Полярной звезды. Если стоять к нему лицом, то юг окажется точно сзади, восток — справа, запад — слева.

Мало того что Полярная звезда показывает направление на север, она также служит указанием на географическую широту местности. Для ее определения потребуется измерить высоту светила над горизонтом. Чем меньше значение, тем ближе к экватору. На Северном полюсе Полярная звезда расположена в зените. На экваторе же она практически сливается с линией горизонта. Именно определяя угол между Полярной звездой и горизонтом в направлении севера, моряки ушедших столетий ориентировались на местности, прокладывали и корректировали свой маршрут.

На других планетах

На просторах космоса есть много аналогов нашей Полярной звезды. Вращение вокруг оси является неотъемлемым свойством всех планет, а потому, если наблюдать за движением звезд с их поверхности, легко обнаружить неподвижные точки, указывающие на Южный и Северный полюсы. Для Меркурия, например, полярная звезда — Омикрон Змееносца, ее южный собрат — Альфа созвездия Живописец. Есть Северный Гвоздь и у Луны — это Дельта Золотой Рыбы.

Значение для астрономии

Полярная звезда, или Альфа Малой Медведицы, обладает еще целым набором особенностей, делающих ее уникальной. Среди них - периодические пульсации, позволяющие отнести светило к классу цефеид. Для них характерно изменение блеска, температуры и размеров. Период пульсации Полярной звезды — 3,97 суток. При этом с Земли изменения блеска незаметны.

Исследования показали, что существует связь между периодами пульсации и светимостью цефеид. Оказалось, что чем больше период, тем значительнее и светимость. Такое соотношение используется в астрономии для определения расстояния до удаленных объектов. А поскольку Полярная звезда — ближайшая к Солнечной системе цефеида, ее роль в вычислениях трудно переоценить, особенно если учесть, что с возрастанием расстояния до периодической звезды точность данных снижается.

Нестандартная

Такое свойство Полярной звезды приковало к ней внимание многих исследователей. В процессе изучения стало известно, что Северный Гвоздь — цефеида непростая. Ее пульсации имеют особенность: они постепенно затухают. В конце прошлого века бытовало предположение, что в начале 2000-х звезда может перестать быть цефеидой, чего еще ни разу не случалось в научной истории. Однако этого не произошло: в 1993 году изменения амплитуды пульсаций приостановились. Кроме того, за это время звезда стала ярче на 15%.

Космическая бесконечность

Для определения расстояния до удаленных объектов используются данные о светимости и расположении всех ближайших цефеид. Применяя этот метод, в первой четверти прошлого века знаменитый Эдвин Хаббл определил расстояние до туманности Андромеды и доказал существование других галактик. Сегодня на основе методики высчитаны размеры многих звездных «содружеств». На ней же основано современное понимание о масштабах Вселенной.

Маленькое "но"

Загвоздка в том, что на сегодняшний день среди исследователей нет единого мнения по поводу расстояния до самой Полярной звезды. Принятая цифра, 400 с небольшим световых года, получена спутником "Гиппаркос" в 1990 году. Однако в начале нашего века эта оценка претерпевала изменения: сначала ее снизили до 330, затем повысили до 359 световых лет. Наконец, в 2012 году Дэвид Тернер выдвинул новое предположение — 323 световых года.

Как уже отмечалось, Полярная звезда — ближайшая к Солнечной системе цефеида. С сокращением или возрастанием расстояния до нее изменяется и наше представление о космических масштабах. Уменьшение значения не только делает чуть более близкими звезды и галактики, но и влияет на оценку размеров Вселенной. Уточнение расстояния до Полярной звезды внесет свои коррективы в понимание масштабов космоса, заставит переоценить величину массы темного вещества, может вылиться в пересмотр некоторых моментов теории расширения Вселенной.

Астрономические особенности

То, какое направление показывает Полярная звезда, в целом мало зависит от некоторых ее космических характеристик. Однако именно они, можно сказать, компенсируют скромность блеска столь важного для ориентирования на местности светила.

Полярная звезда ярче и больше Солнца. Она принадлежит к классу сверхгигантов, обладает радиусом, превышающим солнечный в 46 раз. Светимость Северного Гвоздя в 2500 раз значительнее, чем аналогичный параметр нашей звезды.

Но и это еще не все: Полярная не одиночная звезда. Она входит в систему из трех светил, различающихся размерами и яркостью. Полярная А — центр системы, тот самый сверхгигант, на внушительном расстоянии от нее находится Полярная В. Эта звезда гораздо меньше, ее масса - всего 1,39 солнечной (масса Полярной А — 4,5 солнечной). Очень близко к сверхгиганту располагается его компаньон, Полярная Ab (1,26 массы Солнца). Из-за небольшого расстояния, разделяющего два светила, "скромного компаньона" долго не могли обнаружить. Его изображение удалось получить только с помощью телескопа "Хаббл".

Получается, не только то, куда показывает Полярная звезда, делает ее уникальной на небосводе. Нестандартная цефеида и тройная система, она занимает умы многих астрономов. И это выглядит очень символичным. На протяжении длительного времени в истории направление Полярной звезды (указываемый ею путь) помогало ориентироваться в ночи на просторах океана или в незнакомой местности.

Сегодня, когда вместо природных указателей все же чаще используются различные приборы и гаджеты, Полярная звезда остается ориентиром в космическом пространстве. И хотя Северный Гвоздь в своем новом качестве не указывает направление, а помогает определить расстояние, его ценность и значимость для человека и науки в целом не уменьшается. И потому исследователи трудятся над точным определением того, насколько Полярная звезда удалена от Солнца, почему затухает ее пульсация, и не оставляют без внимания эту небольшую и даже невзрачную, на взгляд простого земного наблюдателя, звезду.