Александр Михайлов - Пулковская обсерватория

Поясним назначение этих инструментов. Одной из основных задач астрономии во все времена было и остается определение видимых положений звезд. Для этой цели на воображаемой небесной сфере проводится система кругов, вполне соответствующая меридианам и параллелям, мысленно проводимым на земном шаре. На Земле с помощью этих кругов исчисляются географические координаты — широта и долгота, определяющие положение точек на земной поверхности. В полной аналогии с этим на небесной сфере положения светил определяются астрономическими координатами — склонением, соответствующим географической широте, и прямым восхождением, соответствующим географической долготе.

Список звезд с определенными из наблюдений прямыми восхождениями и склонениями каждой звезды называется звездным каталогом. Первый каталог, дошедший до нас из глубокой древности, был составлен во II веке до н. э. греческим астрономом Гиппархом и содержал свыше 1 000 звезд.

Пулковская обсерватория. Вид с северной стороны (1868 год).

Сравнивая между собой звездные каталоги, составленные в разное время, можно выявить изменения в положениях звезд, происходящие с течением времени. Изменения эти вызываются разными причинами. Во-первых, постепенно изменяется положение Земли в пространстве, в частности меняется направление земной оси, вследствие чего и плоскость земного экватора медленно поворачивается, вызывая этим изменения координат звезд. Это явление называется прецессией; оно было открыто около 2 тысяч лет тому назад и объяснено Ньютоном в конце XVII столетия действием притяжения Луны и Солнца на экваториальную выпуклость Земли. Оказалось, что под влиянием этого притяжения, стремящегося опрокинуть земной шар, ось Земли, подобно оси волчка, совершает большое колебательное движение, описывая поверхность большого конуса, с периодом около 26 тысяч лет. Наряду с этим земная ось подвержена мелким колебаниям — вибрациям — с периодом в 18 лет. Такие колебания называются нутацией. Это явление было открыто в 1737 году английским астрономом Брадлеем и объяснено им как результат переменного по направлению притяжения Луны.

Далее имеется кажущееся изменение координат звезд вследствие того, что свет распространяется не мгновенно, и в течение того времени, пока световой луч проходит длину воспринимающего свет аппарата — будь ли то зрительная труба, фотографический телескоп или даже просто глаз — этот аппарат вместе с Землей, движущейся по своей орбите, успевает немного сместиться, что вызывает небольшое отклонение в видимом направлении наблюдаемой звезды. Это явление, называемое аберрацией света, также было открыто Брадлеем в 1725 году и требует детального изучения для того, чтобы можно было точно учитывать его влияние при составлении звездных каталогов и производстве астрономических наблюдений для определения географических координат.

Наконец, существует еще одно явление, тоже зависящее от свойств светового луча,— преломление света в земной атмосфере. Нижние слои воздуха плотнее верхних, и поэтому луч света, пронизывая нашу атмосферу, преломляется и постепенно искривляет свой путь, приходя к нам по измененному направлению. Вследствие этого все светила кажутся нам немного приподнятыми над горизонтом. Это явление, называемое астрономической рефракцией, сильнее проявляется на светилах, находящихся низко над горизонтом, а в самом горизонте достигает величины, превосходящей в угловой мере видимый диаметр Солнца, благодаря чему солнечный диск при восходе кажется нам уже поднявшимся из-за горизонта, тогда как в действительности Солнце еще полностью погружено под горизонт.

Для всех практических применений астрономии необходимо знать с большой точностью влияние перечисленных явлений на координаты светил. Теория этих явлений хорошо и подробно разработана, но для того, чтобы в каждом отдельном случае вычислить величину этих явлений, нужно знать особые числовые величины, которые должны быть определены из наблюдений. Эти числовые величины называются соответственно постоянными прецессии, нутации, аберрации и рефракции. Чем точнее они будут определены, тем точнее можно учитывать эти влияния на координаты светил, тем более точно можно определять время и географические координаты, делать геодезические съемки и составлять карты. Таким образом, определение из наблюдений числовых значений этих четырех постоянных относится к важнейшим задачам астрономии и было с самого начала включено в план работ Пулковской обсерватории.

Вернемся к звездным каталогам. После того как наблюденные положения звезд исправлены с учетом только что описанных влияний, они вносятся в общий список, в результате чего и получается каталог для определенного момента времени, называемого эпохой каталога. Имея два каталога, содержащих одни и те же звезды, но для двух разных, по возможности удаленных между собою эпох, можно сравнивать их между собой и вывести так называемые собственные движения звезд, которые дают изменения координат каждой звезды за один год. По этому поводу тоже нужно сделать некоторые пояснения.

Звезды еще в глубокой древности были названы неподвижными, так как их видимое взаимное положение на небесной сфере с течением времени заметным образом не менялось. Действительно, какая-нибудь группа звезд, например всем известное созвездие Большой Медведицы, во времена древних греков имело такой же вид ковша, каким мы его видим теперь. Однако в 1718 году английский ученый Галлей обнаружил, что три яркие звезды, о которых можно было думать, что они ближе к нам, чем большинство других звезд, заметно сдвинулись на небесной сфере по отношению к другим звездам со времени наблюдений древнегреческого астронома Гиппарха, дошедших до нас в виде первого звездного каталога. Так были открыты первые собственные движения звезд.

Теперь мы знаем, что все звезды движутся, причем в действительности скорости их движения измеряются десятками километров в секунду, но расстояния до звезд столь велики, что видимые перемещения звезд по небу очень малы. Звезда с самым большим известным собственным движением передвигается на угол, равный видимому поперечнику Луны за 180 лет, большинство же звезд имеет собственные движения в сотни и тысячи раз меньшие. Для того чтобы невооруженным глазом заметить движение звезд, образующих ковш Большой Медведицы, нужен промежуток времени не в 2 тысячи лет, протекший со времени наблюдений Гиппарха, а по крайней мере в десять или двадцать раз больший. Вот почему собственные движения звезд можно определить, лишь имея точные звездные каталоги для удаленных между собой эпох, с промежутком в десятки или даже сотни лет. Но самый старый каталог достаточной точности, составленный по наблюдениям, произведенным не невооруженным глазом, а с помощью зрительной трубы в соединении с хорошим разделенным кругом, относится к 1755 году. Для вывода собственных движений нужно было сравнить этот каталог с позднейшим, составленным по новым наблюдениям. Составление такого нового каталога и ряда последующих и явилось основным направлением работ Пулковской обсерватории.