Людям обычно кажется, что световой год — это единица измерения времени, поскольку в этом термине присутствует слово год, но на самом деле это единица измерения расстояния. Световым годом называется расстояние, которое проходит свет за год, перемещаясь в пространстве со скоростью 300 тысяч километров в секунду.
Когда люди наблюдают в космосе некоторый объект, они на самом деле видят, как он выглядел в момент излучения света. Рассмотрим следующие примеры.
Когда астрономы замечают вспышку на Солнце, они на самом деле видят ее не в реальном времени, а с некоторым запаздыванием: свету от вспышки нужно 8 минут, чтобы дойти до Земли. Таким образом, астрономы видят то, что происходило на Солнце 8 минут назад.
Ближайшая к нам после Солнца звезда, Проксима Центавра, находится на расстоянии примерно 4 световых лет от Земли. Поэтому, наблюдая Проксиму, мы видим не то, какая она сейчас, а какой она была 4 года назад.
Яркость и математика
Звезды первой звездной величины примерно в 100 раз ярче звезд шестой звездной величины. Звезды первой звездной величины примерно в 2,512 раза ярче звезд второй звездной величины, последние примерно в 2,512 раза ярче звезд третьей звездной величины и т. д. Шкала звездных величин логарифмическая, и разность на одну звездную величину соответствует изменению яркости в 2,512 раза, причем 2,512 — это корень пятой степени из 100 (поскольку 2,512 × 2,512 × 2,512 × 2,512 × 2,512 = (2,512)5= 100). Если вы усомнитесь в моих словах и проделаете эти вычисления, то получите примерно 100,023 — я просто отбросил десятичную часть.
Таким образом, вы можете вычислить степень "тусклости" звезды — по сравнению с другими звездами — с помощью ее звездной величины. Если степень яркости звезд отличается на пять звездных величин (как, например, у звезд первой и шестой звездной величины), это значит, что одна из них ярче другой в (2,512)5 раз, т. е. примерно в 100 раз. Если же яркость отличается на шесть звездных величин, то одна звезда ярче другой в примерно в 250 раз. Если же сравнить, например, звезды первой и одиннадцатой звездной величины, то первая будет ярче второй в (2,512)10 раз, т. е. примерно в 10 000 раз (100 в квадрате).
Самый тусклый объект, видимый с помощью телескопа "Хаббл", отличается примерно на 25 звездных величин от самых тусклых звезд, видимых невооруженным глазом (имеется в виду обычное зрение — некоторые специалисты, а также лгуны и хвастуны утверждают, что видят звезды 7-й звездной величины). Разность на 25 звездных величин — значит в 1005 раз. Таким образом, с помощью телескопа "Хаббл" можно увидеть объекты, в 10 миллиардов раз более тусклые, чем способен различить человеческий глаз. И мы вправе это ожидать от телескопа стоимостью миллиард долларов (хорошо, что он не стоит 10 миллиардов долларов).
Не расстраивайтесь: хороший телескоп можно купить меньше, чем за тысячу долларов, а самые лучшие фотографии, сделанные телескопом "Хаббл" стоимостью в миллиард долларов, можно бесплатно загрузить из Internet на сайте www.stsci.edu.
Ясной и темной осенней ночью поищите на небе туманность Андромеды (М31). Это самый удаленный объект, который можно легко увидеть невооруженным глазом. Свет, который воспринимают ваши глаза, покинул эту галактику примерно 2 миллиона лет назад. И если по какой-то таинственной причине эта галактика исчезнет, следующие 2 миллиона лет люди на Земле даже не узнают об этом.
Подведем итоги.
Когда мы смотрим на космические объекты, мы видим не настоящее, а прошлое,
Нельзя узнать точно, как какой-либо космический объект выглядит прямо сейчас.
Вполне возможно и даже очень вероятно, что некоторые крупные звезды из далеких галактик, которые мы видим на небе, больше не существуют. Дело в том, что "продолжительность жизни" некоторых больших звезд — только 10–20 миллионов лет. И если они находятся в галактике, отстоящей от нас на 50 миллионов световых лет, скорее всего, то, что мы видим — уже только воспоминание об этих звездах. Они больше не озаряют свою галактику; они мертвы.
Если мы пошлем вспышку света по направлению к одной из самых отдаленных галактик, обнаруженных с помощью телескопа "Хаббл" или других больших телескопов, то свет будет идти до них около 10–14 миллиардов лет, потому что именно на таком расстоянии от нас находятся подобные галактики. Но, по некоторым прогнозам ученых, примерно через 5–6 миллиардов лет на Солнце закончатся запасы водорода и гелия, в результате чего оно "раздуется" до невероятных размеров и уничтожит всю жизнь на Земле. Поэтому посланный нами свет станет тщетной попыткой оповестить кого-то о существовании нашей цивилизации — удивительном всплеске жизни в холодных просторах Космоса.
Астрономическая единица
Расстояние от Земли до Солнца равняется примерно 149 600 000 километров, или одной астрономической единице (а.е.). И расстояния между объектами в Солнечной системе обычно даются в а.е. В сообщениях в средствах массовой информации, пресс-релизах и популярных книгах астрономы обычно объявляют, на каком расстоянии "от Земли" находятся изучаемые ими звезды и галактики. Но между собой и в научных журналах они говорят о расстояниях "от Солнца", центра Солнечной системы. Это практически не имеет значения, потому что расстояния до звезд измеряются с точностью ±1 а.е., но все-таки это нужно иметь в виду.
Неподвижные звезды все время движутся
Звезды обычно называют "неподвижными", чтобы отличать их от блуждающих планет. Но на самом деле звезды находятся в постоянном движении — и реальном, и видимом. Все небо, которое мы видим над головой, вращается, потому что вращается Земля. Звезды восходят и заходят, как Солнце и Луна, но порядок их расположения остается неизменным. Например, звезды Большой Медведицы не переворачиваются к Малому Псу или Водолею. Различные созвездия восходят в разное время и в разные дни, если смотреть на них из различных точек Земли.
На самом деле звезды Большой Медведицы (и любого другого созвездия) движутся одна относительно другой с огромной скоростью — порядка сотен километров в секунду. Но они настолько далеки от нас, что ученым нужно проводить точные измерения через довольно большие промежутки времени, чтобы обнаружить их движение по небу. Поэтому через 20 тысяч лет звезды Большой Медведицы создадут другой рисунок на небе. И, может быть, это даже будет похоже на медведицу.
Между тем ученые определили положение миллионов звезд, занесли данные о многих из них в каталоги и отметили на звездных картах. Положение звезды на небесной сфере определяется с помощью таких координат, как прямое восхождение (ascension) и склонение (declination), обозначаемых RA и Dec. Эти координаты аналогичны широте и долготе, используемым при определении положения объекта на Земле.
RA (прямое восхождение) — это положение звезды, измеряемое в западном или восточном направлении на небе (аналог долготы, отсчитываемой от нулевого гринвичского меридиана).
Dec (склонение) — это положение звезды, измеряемое в северном или южном направлении на небе (аналог широты, отсчитываемой от земного экватора).
RA обычно отсчитывают в часах, минутах и секундах, как время, но иногда и в градусах.
Координаты RA и Dec
Звезда с координатой RA 2h 00m 00s находится на 2 часа восточнее звезды с координатой RA 0h 00m 00s, независимо от склонения. RA увеличивается с запада на восток, начиная со значения RA 0h00m00s, которое соответствует небесной полуокружности с центром в центре Земли, проходящей от Северного небесного полюса до Южного. Первая звезда может иметь склонение Dec 30° к северу, а вторая — Dec 15°25′12″ к югу, но они все равно будут находиться на расстоянии 2 часов по оси восток-запад (и на расстоянии 45°25′12″ по оси север-юг).
Сформулируем правила, касающиеся RA и Dec.
Значение RA, равное 1 часу, соответствует дуге величиной 15° на небесном экваторе. А длина всего небесного экватора соответствует 24 часам, так как 24 × 15° = 360°, т. е. получаем полный круг. Значение RA, равное 1 минуте, называется минутой времени и является мерой небесного угла, составляющего 1/60 долю от часа RA. Таким образом, 15°/60 = 1/4°. Значение RA, равное 1 секунде, называется секундой времени и равно 1/60 части от минуты RA.
Dec — это мера, измеряемая в градусах (как углы круга), а также в минутах и секундах дуги (или угловых минутах и секундах). Один градус примерно в два раза больше видимого или углового размера полной Луны. Каждый градус делится на 60 минут дуги. Размер Солнца или полной Луны составляет примерно 32 минуты (32') дуги. И каждая минута дуги делится на 60 секунд дуги (60"). Когда вы смотрите в небольшой телескоп при сильном увеличении, изображение звезды получается размытым из-за турбулентности воздуха. А при хороших условиях (когда турбулентность низкая), размер изображения в ширину составляет примерно 1–2".
