§ 41. Звёзды и созвездия

Определения и обозначения

Звезда — раскалённое небесное тело, излучающее собственный свет и тепло. В отличие от планеты, она не светит отражённым светом другого тела. Это понятие нужно, чтобы отличать самостоятельные источники излучения от небесных тел, которые только видны благодаря чужому свету.

Созвездие — условно выделенная область неба с характерным видимым рисунком из звёзд. Звёзды такого рисунка могут быть очень далеко друг от друга, хотя с Земли кажутся соседними. Понятие помогает делить звёздное небо на участки и находить на нём нужные объекты.

Небесная сфера — воображаемая сфера, на которую мысленно проецируются наблюдаемые с Земли небесные тела. Она не является настоящей оболочкой вокруг Земли. Эта модель нужна, чтобы описывать положение и движение звёзд на видимом небе.

Полярная звезда — звезда, расположенная почти над направлением на север. Её положение относительно горизонта меняется мало, поэтому по ней можно определить север, а затем и остальные стороны горизонта. Это особенно полезно при наблюдениях и ориентировании без компаса.

Как это устроено

Звёзды светятся потому, что их вещество нагрето до очень высокой температуры, а внутри происходят мощные процессы, выделяющие энергию. Эта энергия переносится к поверхности и излучается в пространство в виде света и тепла. Планета такого собственного источника энергии не имеет, поэтому сама не становится звездой.

Звёзды различаются по температуре, потому что в них неодинаковы условия и скорость процессов, происходящих внутри. Температура влияет на цвет: относительно холодные звёзды выглядят красноватыми, а очень горячие — белыми или голубоватыми. Размер и мощность излучения тоже различаются, поэтому звёзды не бывают одинаковыми по своим физическим свойствам.

Видимая яркость показывает, насколько яркой звезда кажется наблюдателю с Земли, а не только сколько энергии она излучает. Даже мощная звезда может выглядеть слабой, если находится очень далеко. Поэтому при сравнении нужно учитывать и собственное излучение звезды, и расстояние до неё.

Созвездие является рисунком, который возникает из-за того, как звёзды расположены на небесной сфере для земного наблюдателя. Луч зрения объединяет на одном направлении далёкие и близкие звёзды, хотя в пространстве между ними могут быть огромные расстояния. Поэтому созвездие не обязательно означает настоящую группу связанных между собой тел.

Вид звёздного неба меняется в течение суток из-за вращения Земли: одни участки неба восходят, другие заходят за горизонт. В течение года меняется и время видимости созвездий, потому что Земля движется по орбите вокруг Солнца. Полярная звезда почти сохраняет положение, так как находится близко к направлению земной оси вращения, и поэтому служит ориентиром на север.

Сравнение звезды и созвездия

Таблица помогает не смешивать отдельное небесное тело и видимый рисунок из нескольких тел. Сначала определите, идёт ли речь о физическом объекте или об участке неба, а затем сравните его свойства и значение.

Разбор задач

Большая Медведица и расстояния до звёзд

Условие. Объясните, почему Большую Медведицу называют созвездием, хотя входящие в неё звёзды находятся на разных расстояниях от Земли. Нужно отличить видимое расположение от реального положения в пространстве.

1. Рассмотрите рисунок Большой Медведицы как изображение на небесной сфере.
2. Учтите, что лучи зрения от Земли могут проходить к звёздам, удалённым друг от друга на огромные расстояния.
3. Сделайте вывод: общее название связано с формой рисунка, а не с обязательной физической близостью звёзд.

Ответ. Большая Медведица является созвездием, потому что её звёзды образуют узнаваемый рисунок на небе. В пространстве они могут находиться на разных расстояниях и не образовывать единую группу.

Поиск Полярной звезды

Условие. По карте звёздного неба найдите Большую Медведицу, определите две звезды-направляющие и укажите положение Полярной звезды. Требуется использовать характерный рисунок созвездия для поиска севера.

1. Найдите в Большой Медведице крайние звёзды стенки ковша, расположенные напротив ручки.
2. Мысленно проведите через них линию от нижней звезды к верхней и продолжите её примерно на пять расстояний между этими звёздами.
3. Звезда, на которую укажет продолжение, — Полярная; направление к ней показывает север.

Ответ. Полярную звезду находят по двум звёздам-направляющим Большой Медведицы. Она лежит почти над северной точкой горизонта.

Яркость и расстояние

Условие. Одна звезда выглядит ярче, но находится дальше, а другая кажется слабее, но ближе. Объясните, почему по видимой яркости нельзя сразу судить о мощности излучения.

1. Сравните не только видимый блеск, но и расстояния до обеих звёзд.
2. Учтите, что при удалении свет распределяется по всё большей области и до наблюдателя доходит его меньшая часть.
3. Отделите собственную светимость звезды от её видимой яркости для земного наблюдателя.

Ответ. Дальняя звезда может казаться яркой из-за очень мощного собственного излучения, а близкая — слабой из-за меньшей мощности. Одного наблюдаемого блеска недостаточно для сравнения реальной светимости.

Типичные ошибки

Считать созвездие реальной группой близко расположенных звёзд ошибочно, потому что рисунок создаётся перспективой. Так думают из-за кажущегося соседства светил на небе. Проверьте себя: спросите, говорится ли о видимом рисунке или о настоящих расстояниях в космосе.

Называть планету звездой нельзя, поскольку планета отражает свет, а звезда излучает его сама. Ошибка возникает, когда яркий объект на небе принимают за источник собственного света. Проверьте, является ли объект самостоятельным источником излучения.

Полярная звезда не самая яркая на небе, хотя её часто так называют из-за важности. Её главное свойство — почти неизменное направление на север. Проверьте себя: связывайте её не с максимальным блеском, а с ориентированием.

Нельзя считать, что созвездия выглядят одинаково в любое время и из любой точки Земли. Видимость зависит от места наблюдения, времени суток, времени года и вращения Земли. Проверьте, указаны ли условия наблюдения и находится ли созвездие над горизонтом.

Связь с другими темами

Для понимания темы нужны знания о распространении света, источниках света, температуре и вращении Земли. Они объясняют, почему звёзды видны, почему отличаются по цвету и почему небосвод перемещается в течение суток. Без этих связей трудно правильно истолковать наблюдения.

Тема подготавливает изучение Солнечной системы и движения небесных тел. Наблюдение за звёздами помогает понять смену дня и ночи, видимое движение неба и роль Земли в этих явлениях. Позже эти представления связываются с более точными моделями космических движений.

Знания о созвездиях применяются при чтении звёздных карт, наблюдениях за небом и ориентировании. Узнаваемые рисунки служат удобными указателями для поиска других объектов. Полярная звезда связывает наблюдение неба с практическим определением сторон горизонта.

Что запомнить

• Звезда — горячее небесное тело, излучающее собственный свет и тепло.
• Солнце является ближайшей к Земле звездой.
• Цвет звезды связан с её температурой.
• Видимая яркость зависит от свойств звезды и расстояния до неё.
• Созвездие — условный рисунок на звёздном небе, а не обязательно физическая группа звёзд.
• Полярная звезда помогает определить направление на север.
• Вид звёздного неба зависит от времени и места наблюдения.