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 (P_NP_S) — 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 (P_N), з протилежного боку розташований Південний полюс світу (P_S).

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 (P_NMP_S) — 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.

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

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

Відстань (св. р.)

Зоряна величина

Таблиця “Зоряні скупчення та туманності”

Як відомо, зірки розподілені по небу нерівномірно. На одних ділянках Всесвіту вони розташувалися дуже тісно, і ці райони, завдяки своїй високій світності, дуже добре видно з великих відстаней.

В інших же місцях світила розташовані одне від одного більш віддалено, і тому на тлі нічного неба виглядають самотніми іскрами. Те, що ми сприймаємо як густий розсип сяючих світил, носить назву зоряних скупчень. Іншими словами, це групи зірок, пов’язаних між собою силами тяжіння. Усі об’єкти такого космічного співтовариства мають спільне походження і схожі один на одного за своїм хімічним складом.

Учені виділяють два види зоряних скупчень:

Кульові зоряні скупчення налічують зазвичай десятки й сотні тисяч зірок. Ці утворення вирізняються майже правильною кулястою формою, зірки в них упорядковані, наче відповідно до чіткого плану.

Кульові зоряні скупчення є найдавнішими об’єктами в галактиці. Зірок-гігантів, які вважаються наймолодшими з існуючих світил, там не виявлено взагалі. А це вказує на те, що кульові скупчення утворилися незабаром після Великого Вибуху. Цікаво, що концентрація таких об’єктів збільшується у напрямку до центру галактики.

Існує ще одна поки що незрозуміла особливість. Усі без винятку кульові зоряні скупчення щодо галактичного центру розташовані практично симетрично. Більшість із них розташовані у напрямку до сузір’я Стрільця. Адже саме там розташований центр нашої Галактики.

У складі розсіяних зоряних скупчень світил налічується набагато менше – у середньому всього кілька десятків або сотень. Причому зірки, що входять у скупчення, далеко не завжди добре помітні. Дуже часто вони майже непримітні або туманні, ніби розмиті. Чітка форма їм так само не властива.

Зоряне скупчення Плеяди (народна назва – Стожари) – одне з найвідоміших розсіяних зоряних скупчень. Воно розташоване в сузір’ї Тельця. Неозброєним оком там можна розрізнити 7 – 8 зірок, які розташовані одна до одної дуже близько. У телескоп же видно понад півтори сотні світил, розташованих на невеликій площі. Найяскравіша зірка Плеяд – Альціона. Це і є одне зі скупчень, у якому зірки утворюють більш-менш відокремлену систему, пов’язану спільним рухом у просторі. Діаметр скупчення Плеяди становить близько 50 світлових років.

У сузір’ї Тельця, оточуючи його головну і найяскравішу червонувату зірку-гігант Альдебаран, розташувалося ще одне зоряне скупчення – Гіади. Воно більш розмите.

Наразі найцікавішими космічними об’єктами для астрономів є так звані зоряні асоціації. Так учені називають наймолодші утворення в Галактиці, скупчення молодих зірок, чий вік не перевищує 10-20 мільйонів років. Зазвичай до зоряних асоціацій входять групи певних типів світил, що мають єдине походження.

Зазвичай такі плями Всесвіту об’єднують в один вид – галактичні туманності. Так називаються внутрішньогалактичні хмари розріджених газів і пилу. Ті з них, які містять у своєму складі переважно гази, поділяються на два види:

Сфероїдальні планетарні утворення мають більш-менш чіткі обриси. При спостереженні в телескоп вони схожі на круглі або овальні диски, що нагадують диски планет (або їхніх кілець). Їхній діаметр у середньому становить близько 10 000 астрономічних одиниць.

У центрі кожного з таких об’єктів обов’язково розташована досить гаряча зірка. Вона – джерело світіння туманності. Її температура сягає зазвичай 70 000 – 150 000 °С. Розріджений газ, з якого і складається така “пляма”, розлітається від зірки в різні боки. Швидкість руху його становить десятки кілометрів на секунду. Іноді планетарні туманності можуть мати вигляд не сфери, а кільця. Це відбувається в тому випадку, коли газова оболонка навколо зірки має внутрішню порожнину.

Частина туманностей певної форми не мають. Вони схожі на клапті густого туману, що ліниво розтікається струменями в різні боки. Це, так звані дифузні утворення. Такі об’єкти також складаються з розріджених газів, які світяться під дією світла гарячих зірок у їхньому центрі. Взагалі, всі газові туманності світяться завдяки переробці у видиме світло короткохвильового (ультрафіолетового) випромінювання дуже гарячих зірок, розташованих або в самій туманності, або поблизу від неї.

Крім газових, у Всесвіті є безліч й інших туманних плям. Утворені вони не газовими частинками, а хмарою пилинок, які за своїми розмірами цілком можна порівняти з частинками звичайного диму. Такі утворення, відповідно, називаються пиловими галактичними туманностями. Вони належать до дифузних об’єктів і можуть бути як світлими, так і темними.

Періодично така хмара зустрічається із зіркою і на деякий час ховається від очей віддаленого спостерігача. Частинки космічного пилу досить швидко нагріваються і тоді вся хмара починає тьмяно світитися. Такі світлі туманності, що відбивають світло найближчих зірок, відносяться до дуже красивих, проте не настільки частих явищ.

Далеко не завжди пилова хмара проходить поблизу зірки. Найчастіше подібні об’єкти належать до темного типу. Якщо поруч немає космічного тіла, здатного освітити пил, він утворює темні пилові хмари, часто з чітко окресленими краями. Найбільше їх у світлих областях Чумацького Шляху або на тлі галактичних туманностей, що світяться.

Класичним зразком темної пилової туманності є туманність Кінська Голова. Вона розташована в сузір’ї Оріона. Вона має ефектний вигляд завдяки підсвічуванню прилеглої світлої дифузійної туманності, що знаходиться поруч, і справді схожа на голову коня. Найцікавіше, що це утворення є лише частиною великої темної пилової хмари.

Прикладом планетарної туманності є Равлик, який утворився близько 10 000 років тому з речовини зовнішніх шарів спалахнула нової зірки.

Досить відомою і найбільш вивченою вченими вважається туманність Андромеди. Це єдина галактика, яку насилу, але можна побачити неозброєним оком.

Дослідження зірок триває з року в рік. Вчені відкривають нові космічні об’єкти, уточнюють наявні дані, роблять нові розрахунки. Не так давно було встановлено, що біля деяких зірок є планети, на яких можливо надалі виявлять ознаки життя.

Туманності – це доволі великі туманні плями, що слабко світяться, якими “прикрашена” чорнота космосу.

Таблиця з поясненнями на тему “Зоряні скупчення та туманності”

Отже, зоряні скупчення, туманності та рукави галактик – це об’єкти активного зореутворення, де з хмар міжзоряного середовища народжуються нові покоління зорь.