Евгений Гусев - Расширяя границы Вселенной: история астрономии в задачах

5.22. Освещённость, создаваемая световым потоком Солнца через диафрагму размером с булавочное отверстие, много больше освещённости, создаваемой практически точечным источником света — звездой. Видимый угловой диаметр даже ближайших к нам и крупнейших звёзд ночного неба составляет лишь сотые доли угловой секунды. Чтобы с расстояния в несколько метров сквозь отверстие в экране можно было увидеть столь же малый участок солнечной поверхности, диаметр этого отверстия должен быть менее 1 мкм, что практически невозможно. Поэтому эксперимент Кеплера ни коим образом не подтверждает особую роль и центральное положение Солнца во Вселенной.

5.23. Галилей ещё не мог знать, что для земного наблюдателя звёзды представляются практически точечными источниками света. Кажущиеся угловые размеры звёзд определяются рассеянием света в атмосфере и в мутной среде оптических компонентов глаза. Атмосферное рассеяние очень мало: угловой диаметр изображения звезды при наблюдении на уровне моря достигает 3–5″. Для невооружённого глаза, имеющего — при наблюдении неярких объектов — разрешающую способность 100–150″, такой источник представляется точечным. Но даже при 10–кратном увеличении телескопа (Галилей говорит о 100–кратном увеличении, имея в виду площадь изображения) атмосферный диск звезды формально остаётся за пределом разрешающей способности глаза. Однако в телескоп звезда кажется более яркой за счёт большего светового потока, собираемого объективом. Поэтому рассеяние света в мутной среде глазного яблока создаёт впечатление увеличенного изображения звезды. При этом кажущееся увеличение угловых размеров звезды не имеет ничего общего с угловым увеличением протяжённых земных и небесных объектов.

5.24. Как выяснилось уже в наши дни, Тихо Браге и другие учёные в 1572 г. наблюдали вспышку сверхновой звезды в нашей Галактике. Это явление наблюдается при взрыве массивной звезды — сверхгиганта, после которого от неё остаётся лишь ядро — нейтронная звезда весьма малого размера или чёрная дыра. После того, как горячая оболочка взорвавшейся звезды рассеется и остынет, на месте взрыва невооружённым глазом уже ничего не видно. Для дальнейших наблюдений требуется мощный телескоп — оптический, радио- или рентгеновский.

Указанных в условии задачи данных вполне достаточно для определения условий видимости звезды в момент вспышки. А более точные координаты Сверхновой 1572 можно найти, например, в справочнике Куликовского, в таблице «Галактические источники радиоизлучения»: в эпоху J2000.0 радиоисточник, связанный с остатком этой Сверхновой имел координаты α=0 h25 mи δ=+64,2°. Учёт прецессии за прошедшие 430 лет даёт координаты в эпоху вспышки: α=0 h03 mи δ=+61,8°. Принимая широту места наблюдения равной 56°, видим, что Сверхновую 1572 г. Тихо наблюдал в верхней кульминации на высоте 84°, а в нижней — на высоте 28° над горизонтом, т. е. эта звезда, в принципе, круглые сутки была видна достаточно высоко над горизонтом. В середине ноября Кассиопея кульминирует вечером, около 20 час. Поэтому для наблюдения Сверхновой 1572 на ночном небе этот период года был чрезвычайно удобен. А в конце светового дня Кассиопея поднималась над горизонтом уже почти на 60°, что делало весьма удобным наблюдение Сверхновой и на дневном небе. В ноябре Сириус восходит около полуночи, тогда и можно было сравнить с ним блеск звезды.

Узнать условия видимости Венеры значительно сложнее: для этого проще всего использовать электронную программу — планетарий, достаточно точную, чтобы вычислять положения планет на интервалах времени в несколько столетий (для решения именно этой задачи советуем использовать программу А. Волынкина Turbo Sky v.3: в указанную дату на соответствующем месте её электронного неба действительно появляется Звезда Тихо). Установив дату «11 ноября 1572 г.» и широту Москвы, увидим, что условия видимости Венеры были превосходными: планета была почти в максимальной западной элонгации; располагаясь на угловом расстоянии в 43° от Солнца, она восходила под утро и к началу сумерек уже была на высоте около 20° над горизонтом, имея блеск около —5 m. Вслед за ней восходил Меркурий (западная элонгация 20°), а ещё позже, уже в лучах Солнца — Сатурн. Яркий Юпитер кульминировал поздним вечером на высоте в 40°. Как видим, условия для изучения Новой Тихо были практически идеальными.

Роль Сверхновой 1572 г. в истории астрономии чрезвычайно велика: её появление раз и навсегда разрушило древнее заблуждение о неизменности звёздного неба, а также окончательно определило судьбу Тихо Браге как астронома, работы которого дали толчок рождению новой науки.

5.25. Максимум излучения Сириуса лежит в ультрафиолетовой области спектра, поэтому в синей области его излучение больше, чем в жёлтой и зелёной. «Дерзким» Сириус, вероятно, назван за свой блеск: это ярчайшая звезда ночного неба.

Цвет Альдебарана, определяемый его температурой (3500 К), считается в астрономии оранжевым, иногда красноватым, что соответствует цветам рубина, разновидности которого имеют цвета от розового до красного. Под «цепью» Ориона, по-видимому, надо понимать звёзды так называемого «пояса» Ориона: ζ, ε, δ. Эти звёзды голубоватые, с показателем цвета B‑V около —0,2 mи звёздной величиной около 2 m. Их яркость и голубой оттенок вызвали у поэта ассоциацию с алмазом, основное свойство которого — высокий показатель преломления (n=2,4).

«Арго» — это прежде существовавшее созвездие южного полушария «Корабль Арго». Сейчас это звёздное поле поделено между четырьмя созвездиями: Киль, Корма, Компас и Парус. В северных средних широтах зимой над южной частью небосвода видны частично только Компас и Корма, не содержащие ярких звёзд. Слабые звёзды глаз воспринимает ахроматическими светоприемниками — палочками, и поэтому цвет таких звёзд фиксируется как беловатый (серебристый).

5.26. Действительно, за пределом атмосферы, в космосе, звёзд видно больше, и они не мерцают (по выражению одного из путешественников «они… мертвенны»). Ночное небо выглядит темнее, чем при наблюдении с поверхности Земли, поскольку отсутствует рассеяние света и собственное свечение атмосферы. Звёзд видно больше не потому, что их яркость намного усилилась (поглощение света в атмосфере, близ зенита, составляет 25–30 %), а потому, что фон неба стал более тёмным. Рисунок созвездий, разумеется, остался тем же самым.

А вот по поводу «разноцветности» звёзд Циолковский ошибся. Наш глаз вообще плохо воспринимает цвет слабо светящихся объектов, поскольку ночное, «палочковое» зрение не чувствительно к цвету. К тому же, излучение звёзд в основном носит тепловой характер, а распределение энергии в спектре чёрного тела весьма плавное. Поэтому, скажем, фиолетовых, синих и зелёных звёзд ни в космосе, ни на Земле увидеть нельзя. Все горячие звёзды кажутся нам белыми или чуть голубоватыми; и только относительно холодные звёзды могут иметь красный или оранжевый оттенок, да и то лишь в том случае, если они достаточно яркие (см. задачу 5.25).