Размещено на http://www.allbest.ru/

Реферат

На тему: «Созвездия звездного неба»

Ученицы 11-А кл.

Старченко Т.В.

В темную, безлунную и безоблачную ночь на небе видно множество звезд. Кажется, трудно разобраться в этой величественной картине звездного неба, о которой вдохновенно писал наш великий соотечественник М.В. Ломоносов (1711--1765):

«Открылась бездна звезд полна, Звездам числа нет, бездне -- дна».

Еще трудней представляется задача пересчитать все видимые на небе звезды. Но трудная на первый взгляд, она становится вполне разрешимой, если применить правильные способы ее решения. Эти способы создавались не сразу, а десятилетиями и веками, и первые из них уходят своими корнями в глубокую древность. Именно на заре человеческого общества, когда впервые возникло примитивное производство, уже кочевым племенам необходимо было ориентироваться при переходах с места па место с тем, чтобы отыскать путь к прежним местам стоянок. На более высокой ступени развития человеческого общества, при возникновении земледелия, появилась необходимость вести, хотя бы и грубый, счет времени для регулирования сельскохозяйственных работ.

Какой же выход видели из создавшегося положения древние пароды, не имевшие в своем распоряжении даже самых элементарных начатков современных нам наук? Единственно, что было всегда перед ними, а вернее, над ними,-- это звездное небо, по которому древние народы стали постепенно учиться ориентироваться на местности и вести счет времени. Практическая необходимость изучения звездного неба привела к зарождению науки, получившей впоследствии в Древней Греции название астрономии, происшедшее от двух греческих слов: астрон -- звезда и номос -- закон.

Но само название совсем не служит доказательством зарождения и развития этой науки только в Древней Греции. Астрономия возникла и самостоятельно развивалась буквально у всех народов, но степень ее развития, естественно, находилась в прямой зависимости от уровня развития производительных сил и культуры народов.

Если кто-либо совершал увлекательное путешествие из Москвы в Ярославль по Ярославскому шоссе, тот не мог не обратить внимания па сравнительно небольшое число поворотов на всем его протяжении. Шоссе почти прямолинейно, и его повороты связаны лишь с обходом оврагов, болотистых мест или слишком крутых холмов. А ведь Ярославское шоссе проложено в основном по старой проезжей дороге, исстари связывавшей Москву с Ярославлем.

Оба города -- почти ровесники. Москва упоминается в летописях с 1147 г., хотя, судя по последним археологическим раскопкам в Московском Кремле, она как селение существовала уже во второй половине Х в. Ярославль основан в 1010 г. К этому же времени относится и появление проезжего тракта между двумя городами. Каким же путем удалось в те времена проложить удивительно прямую наикратчайшую дорогу между двумя удаленными друг от друга городами? Да только таким же, каким была проложена не менее прямая дорога между Москвой и Владимиром -- ориентировкой по звездам; других способов ориентировки в те времена не было.

Но как же можно ориентироваться по звездам, если их видно па небе великое множество? Казалось бы, легко запутаться в этом обилии звезд. Вот для этого и нужно было, прежде всего, сгруппировать яркие звезды (которых на небе не так уже много) в фигуры, хорошо запоминающиеся своими контурами. Такие звездные фигуры -- сочетания звезд, или созвездия -- были выделены, а позже к ним отнесли и более слабые звезды, расположенные в районе созвездий. Вполне естественно, что различные народы создавали своим воображением разные созвездия, а если случайно контуры созвездий и совпадали, то они именовались по-разному. Источниками названий созвездий, как правило, служили мифы о богах, сказания о легендарных героях и связанных с ними событиях, различные животные и, наконец, орудия производства, используемые народами в повседневной жизни.

Так, известную группу из семи ярких звезд, напоминающую очертание ковша, древние греки назвали Большой Медведицей. Если к этой группе звезд присоединить слабые звезды, расположенные вблизи ковша, то при достаточной фантазии можно провести границы этого созвездия так, что они будут напоминать очертания какого-то большого зверя (рис. 1).

Рис. 1. Созвездия Большой и Малой Медведицы.

Греческий миф рассказывает о том, что нимфа Каллисто была превращена ревнивой супругой Зевса Герой в медведицу, которую затравил на охоте собаками ее собственный сын Аркад (Волопас). Зевс дал Каллисто бессмертие, поместив ее на небе в виде созвездия Большой Медведицы. Рядом с Большой Медведицей расположены и ее преследователи -- Волопас и Гончие Псы (рис. 2), но созвездие Гончих Псов появилось на небе лишь в XVII в., когда древнегреческий миф был дополнен спутниками охотника. В Древней Греции созвездие Большой Медведицы называлось также Колесницей, о чем упоминает Гомер в «Одиссее».

Рис. 2. Созвездия Большой Медведицы, Волопаса и Гончих Псов.

В Древней Руси это же созвездие имело разные названия -- Воз, Колесница, Кастрюля, Ковш; народы, населявшие территорию Украины, называли его Телегой; в Заволжье оно звалось Большим Ковшом, а в Сибири -- Лосем. И до сих пор в некоторых областях нашей страны сохранились эти названия.

По аналогии другую группу из семи, но более слабых звезд, расположенных вблизи Большой Медведицы и также напоминающую очертания ковша, древние греки назвали созвездием Малой Медведицы. Эта же группа звезд была наименована сибиряками Малым Ковшом, а народы, населявшие побережье Ледовитого океана, видели в ней белого медведя с задранной вверх головой, на носу которого красовалась Полярная звезда, расположенная в самом конце ручки ковша (рис.3).

Рис. 3. Созвездие Малой Медведицы в виде белого медведя.

Весьма оригинально название этих двух созвездий у народов, населявших территорию нынешней Казахской ССР. Наблюдая звездное небо, они, как и другие народы, обратили внимание на неподвижность Полярной звезды, которая в любое время суток неизменно занимает одно и то же положение над горизонтом. Вполне естественно, что эти народы, основным источником существования которых были табуны лошадей, назвали Полярную звезду «железным гвоздем» («Темир-Казык»), вбитым в небо, а в остальных звездах Малой Медведицы видели привязанный к этому гвоздю» аркан, надетый на шею Коня (созвездие Большой Медведицы). В течение суток Конь обегал свой путь вокруг «гвоздя» (рис. 4). Таким образом, древние казахи объединяли созвездия Большой и Малой Медведицы в одно.

Рис. 4. Созвездия Большой и Малой Медведицы, объединенные в созвездие Коня.

 Если среднюю звезду хвоста Большой Медведицы мысленно соединить прямой линией с Полярной звездой и продлить эту линию дальше, то мы увидим созвездие Кассиопеи, очертание которого напоминает перевернутую и несколько растянутую букву «М» (или латинскую «W»). Это созвездие древними греками было названо в честь мифической царицы Кассиопеи: в очертаниях этого созвездия они видели трон с сидящей на нем царицей (рис. 5). Белорусский народ видел в этом созвездии двух косцов, косящих траву (рис. 6).

Рис. 5. Созвездие Кассионеи в представлении древних греков.

Рис. 6. Созвездие Кассиопеи в представлении белорусов.

Зимними вечерами над южной стороной горизонта фасуется самое эффектное созвездие неба -- созвездие Ориона, бросающееся в глаза своими семью яркими звездами, из которых расположение четырех напоминает гигантскую букву X, а три остальные, вытянутые в ряд, перечеркивают эту букву посредине. Справа от верхних ярких звезд, а также левее и выше них видны две дуги из слабых звезд, обращенные вогнутостью к ярким звездам. Древние греки назвали это созвездие именем мифического великана, охотника Ориона (рис. 7), и представляли его прикрывающимся щитом из львиной шкуры, (правая дуга слабых звезд) и замахивающимся палицей, т. е. дубиной (левая верхняя дуга слабых звезд), на бегущего к нему справа Быка (Тельца). Три средние яркие звезды изображали охотничий пояс, к которому привешен меч -- ряд слабых звезд, расположенных книзу от пояса. Современная астрономия тоже часто пользуется этими терминами -- пояс и меч Ориона.

Рис. 7. Созвездия Ориона и Тельца в представлении древних греков.

В III в. до пашей эры греческие (александрийские) астрономы свели названия созвездий в единую систему, которую впоследствии заимствовала европейская наука и сохранила ее до наших дней, в особенности названия созвездий северного полушария неба. В южном же полушарии, изучение которого европейцами началось, по существу, лишь в XVIII и XIX вв., созвездия получили более современные названия: Телескоп, Часы, Насос и другие.

В настоящее время под созвездиями подразумевают не выделяющиеся группы звезд, а участки звездного неба, так что все звезды (как яркие, так и слабые) причислены к созвездиям. Современные границы и названия созвездий утверждены в 1922 г. на I съезде Международного астрономического союза (MAC). Все небо разделено на 88 созвездий, из которых 31 находится в северном небесном полушарии, а 48 -- в южном. Остальные 9 созвездий (Рыбы, Кит, Орион, Единорог, Секстант, Дева, Змея, Змееносец и Орел) расположены в обоих небесных полушариях, по обе стороны от воображаемого на небе большого круга, называемого небесным экватором, что на латинском языке означает «уравниватель», так как он делит все небо на два равных полушария.

Как найти приближенное положение небесного экватора, мы покажем несколько ниже, а сейчас отметим, что на территории Советского Союза видны все созвездия северного полушария неба и некоторые созвездия южного полушария, в зависимости от географической широты места наблюдения: чем оно расположено южнее, тем больше созвездий южного полушария доступно наблюдениям. Так, в Ленинграде видна лишь часть звезд южного созвездия Скорпиона и то очень низко над горизонтом, а созвездие Центавра совсем не видно. В Армении же, Грузии и Узбекистане видны уже многие звезды созвездия Центавра и все созвездие Скорпиона.

Далеко не все созвездия могут быть сразу найдены на небе, так как многие из них состоят из слабых звезд, и только около 30 созвездий четко выделяются своими контурами и яркими звездами. К ним относятся созвездия Большой Медведицы, Пегаса, Кассиопеи, Возничего, Льва и другие. Площади, занимаемые созвездиями на небе, и число звезд в них далеко не одинаковы. Кстати, отметим, что расстояния между видимыми положениями звезд на небе измеряются в градусах, минутах и секундах дуги, а площади, занимаемые созвездиями на небе,-- в квадратных градусах. Из ярких созвездий самым большим по площади является созвездие Большой Медведицы, занимающее площадь в 1280 квадратных градусов и насчитывающее, помимо семи ярких звезд ковша, еще 118 звезд, видимых невооруженным глазом. Самое же маленькое созвездие находится в южном полушарии неба и не видно на территории России -- это красивое яркое созвездие Южного Креста, площадью в 68 квадратных градусов, состоящее из пяти ярких и 25 более слабых звезд. Самого маленького созвездия северного неба обычно не знают, так как оно состоит всего лишь из 10 видимых невооруженным глазом слабых звезд; оно называется созвездием Малого Коня, имеет площадь в 72 квадратных градуса и примыкает к юго-западной границе созвездия Пегаса.

Больше всего ярких звезд, а именно 12, содержит созвездие Скорпиона, но, пожалуй, самым красивым созвездием всего неба является уже упоминавшееся созвездие Ориона, насчитывающее 120 звезд, видимых невооруженным глазом, среди которых семь выделяются своим блеском.

В каждом созвездии основные звезды имеют те или иные обозначения. В древности наиболее ярким звездам каждого созвездия давались собственные имена, многие из которых, главным образом греческие и арабские, дошли до наших дней. Так, семь ярких звезд ковша Большой Медведицы получили названия: Дубхе, Мерак, Фекда, Мегрец, Алиот, Мицар и Бенетнаш. Самая яркая звезда созвездия Волопаса сначала именовалась Аркадом (царем Аркадии), по-гречески -- Пастухом, а затем и до сих пор -- Арктуром, т. е. Охотником за медведицей (от греческого «арктос» -- медведица и «теревтес» -- охотник). Яркая звезда в созвездии Персея, изменение блеска которой было замечено арабами почти 1000 лет назад, получила имя Эль-Гуль (современное имя -- Алголь), что означало «Демон», который, по убеждению древних арабов, отличался лицемерием и двуличием. Капеллой или, в переводе с латинского, Козочкой названа наиболее яркая звезда созвездия Возничего, изображавшегося па старинных картах в виде мужчины-возницы (кучера) с кнутом, двумя козлятами в левой руке и с козой на плече.

По мере увеличения числа изучаемых звезд стало невозможно запоминать их имена, и с 1603 г. сравнительно яркие звезды в созвездиях стали обозначать буквами греческого алфавита, как правило, в порядке убывания блеска звезд, хотя из этого правила имеется много исключений. В виде примера сошлемся опять на Большую Медведицу, звезды которой обозначены буквами греческого алфавита не в порядке убывания блеска, а по контуру ковша (см. рис. 1). В результате оказалось, что самая яркая звезда созвездия, Алиот, обозначена не первой (), а пятой буквой () греческого алфавита (см. табл. 1).

В созвездии Близнецов звезда (Кастор) слабее звезды (Поллукс), в созвездии Ориона звезда Бетель-гейзе () слабее звезды Ригеля (), в созвездии Пегаса наиболее яркая звезда обозначена буквой , а звезда (Маркаб) -- лишь третья по блеску. В созвездии Дракона самой яркой является звезда Этамин (), за ней по блеску следует звезда , а звезда (Тубан) занимает восьмое место. В созвездии же Стрельца буквой обозначена лишь шестнадцатая по блеску звезда, а наиболее ярким звездам присвоены обозначения (Каус Аустралис), (Нунки), и .

Значительно позже для обозначений звезд ввели цифровую нумерацию по созвездиям, ныне, как правило, применяемую лишь для слабых звезд, которые в ряде созвездий обозначаются также буквами латинского алфавита. Обозначения звезд проставляются на современных картах звездного неба и в специальных списках звезд, именуемых звездными каталогами. К настоящему времени астрономы зарегистрировали в звездных каталогах все звезды, видимые невооруженным глазом, а также многие звезды, доступные наблюдениям лишь в телескопы. Перепись звезд показывает, что невооруженному глазу доступны наблюдениям на всем небе около пяти с половиной тысяч звезд, причем на территории России видно только около трех тысяч. Остальное множество звезд из-за их слабого блеска невооруженному глазу недоступно.

Постепенная детализация в изучении звезд привела к необходимости ввести количественную оценку их «видимой яркости» или, как теперь принято более правильно называть, их блеска. Что звезды имеют различный блеск, видно уже при первом, даже беглом обзоре звездного неба: одни из них очень ярки и сразу привлекают внимание наблюдателя, другие менее ярки, и не так бросаются в глаза, третьи настолько слабы, что не видны невооруженным глазом и для' их наблюдения требуются оптические инструменты. Чтобы точно определять блеск звезд, необходимо ввести определенную числовую шкалу. Можно было бы измерять количество света, которое доходит от звезды до наблюдателя (до Земли), в обычных единицах световой энергии, применяемых в физике. Однако подобная система оценки блеска звезд была бы практически неудобной по двум причинам:

во-первых, количество света, доходящее от звезд до нас, так ничтожно мало, что измерение его общепринятыми физическими единицами было бы подобно измерению размеров деталей механизма наручных часов километрами;

во-вторых, принятая в этом случае градация блеска звезд была бы так велика, что шкала блеска оказалась бы необычайно громоздкой и невозможно было бы запомнить значений блеска даже самых ярких звезд.

Поэтому блеск звезд выражается не в абсолютных физических (или светотехнических) единицах, а в особой условной шкале, введенной еще во II в. до нашей эры древнегреческим астрономом Гиппархом (180-- 110 г. до н. э.), когда не было и в помине физических единиц измерений световой энергии. Эта шкала называется шкалой звездных величин. Само название шкалы, может быть, и не совсем удачно, поскольку шкала не оценивает линейных размеров звезд, а только позволяет сравнивать друг с другом блеск звезд. В наше время шкала звездных величин значительно усовершенствована и для определения блеска звезд используется точная оптическая аппаратура.

Если начинающий любитель астрономии спросит, как можно оценивать блеск звезд в условной шкале, пусть он вспомнит измерение температуры. Ведь температура есть определенная физическая характеристика, а измеряется она в условной шкале, называемой градусной шкалой.

Шкала звездных величин основана на восприятии света глазом. Оказывается, человеческий глаз четко отмечает различие интенсивности источников света, если один из них приблизительно в 2,5 раза ярче другого. Это свойство глаза стало известно науке лишь в конце XVIII в. и является частным случаем более общего психофизиологического закона, сформулированного в XIX в. Э. Вебером (1795--1878) и Г. Фехпером (1801-- 1887). Этот закон гласит: Изменение какого-либо ощущения прямо пропорционально относительному изменению раздражающего фактора, или, иначе, если сила раздражения увеличивается в геометрической прогрессии, то восприятие (ощущение) возрастает в арифметической прогрессии. Наши органы чувств, в том числе и глаза, реагируют не на абсолютное, а на относительное изменение внешнего раздражителя, и если, образно говоря, к двум светящимся электролампам одинаковой мощности подключить еще две такие же, то мы уверенно зафиксируем увеличение освещенности; но если эти две лампы добавят свой свет к излучению десяти аналогичных ламп, то паши глаза почти или даже вовсе не заметят различия в освещении.

Известно, что законы природы действуют объективно, т. е. независимо от сознания человека, и становится вполне понятным, почему Гиппарх, не имея представления о законе Вебера -- Фехнера, невольно использовал его при введении шкалы звездных величин. Наиболее ярким звездам Гиппарх приписал первую звездную величину; следующие по градации блеска (т. е. более слабые, примерно в 2,5 раза) он посчитал звездами второй звездной величины; звезды, слабее звезд второй звездной величины в 2,5 раза, были названы звездами третьей звездной величины и т. д.; звездам на пределе видимости невооруженным глазом была приписана шестая звездная величина. При такой градации блеска звезд получалось, что звезды шестой звездной величины слабее звезд первой звездной величины в 97,66 раза. Поэтому в 1856 г. английский астроном Н.Р. Погсон предложил считать звездами шестой величины те, которые слабее звезд первой звездной величины ровно в 100 раз. Это предложение было принято всеми астрономами и до сих пор является основой для определения блеска звезд. В любом интервале шкалы разность в пять звездных величин означает различие блеска звезд ровно в 100 раз. Тогда соотношение блеска звезд двух смежных целых звездных величин получается равным не 2,5, а 2,512, что нисколько не влияет на точность определения звездных величин.

Из принципа построения шкалы звездных величин видно, что чем слабее звезда, тем больше ее видимая звездная величина. Это позволяет выражать в звездных величинах блеск слабых звезд, не видимых невооруженным глазом, но открываемых в телескопы, не нарушая стройности самой шкалы: по мере открытия более слабых звезд шкала продолжается в сторону увеличения звездных величин (10-я, 11-я, 12-я и т. д.). В настоящее время известны звезды 24-й звездной величины, которые слабее звезд первой величины примерно в миллиард раз.

Определение блеска звезд в звездных величинах, выполненное точными способами измерения с применением специальных приборов -- фотометров, показало, что блеск звезд не может быть точно выражен целыми значениями звездных величин (1, 2, 3 и т. д.), ибо блеск звезд весьма разнообразен. Поэтому шкала подразделяется на десятые, сотые и даже тысячные доли (в зависимости от требуемой степени точности) звездных величин. Отсюда блеск большинства звезд выражается дробными значениями звездных величин, всегда обозначаемыми латинской буквой т, например, 2,12; 3,56; 5,78 и т. д.

В качестве примера укажем блеск в звездных величинах семи основных звезд Большой Медведицы (см. рис. 1):

Точные измерения блеска ярких звезд показали, что некоторые из них ярче звезд первой звездной величины; такие звезды считают звездами нулевой звездной величины: например, Лиры (Вега) имеет блеск 0,14; Волопаса (Арктур) 0,24; Возничего (Капелла) 0,21 и т. д. Наконец, две звезды -- Канопус ( Киля) и Сириус ( Большого Пса) ярче звезд нулевой звездной величины и им приписана отрицательная звездная величина -0,89 и -1,58 соответственно.

В звездных величинах можно выразить блеск Солнца (-26,8), Луны (-12,7 в полнолуние) и планет.

Людям, знакомым с математическими понятиями степени и логарифмов чисел, будет понятно, что шкала звездных величин представляет собой геометрическую прогрессию со знаменателем, равным 2,512, и тогда отношение блеска E/E двух объектов, со звездными величинами , будет так как более яркие объекты имеют меньшую звездную величину, и наоборот.

Обычно эту формулу, называемую формулой Погсона, используют в логарифмическом виде, и так как lg 2,512=0,4, то

В качестве примера использования этой формулы вычислим отношение освещенности участка земной поверхности от Солнца и полной Луны, находящихся на одинаковой высоте над горизонтом. Так как видимая звездная величина Солнца , а полной Луны , то откуда , т. е. Солнце освещает местность примерно в 440 тысяч раз сильнее, чем полная Луна.

Эта же формула позволяет определять звездные величины т светящихся объектов путем сравнения их блеска Е с блеском E светила с известной звездной величиной m, причем отношение E/E измеряется с большой точностью фотометрами. Звездные величины, определяемые глазом, хотя бы и с помощью оптических инструментов, называются визуальными звездными величинами. Именно о них и шла речь выше.

В практику астрономии ныне широко внедрилась фотография, которая позволяет фотографировать звезды гораздо более слабые, нежели наблюдаемые глазом в самые сильные телескопы. Так, самый мощный телескоп сейчас позволяет фотографировать звезды до 24, т. е. звезды в 1,6 млрд. раз более слабые, чем звезды нулевой звездной величины.

Но фотографические пластинки несколько иначе реагируют на свет, нежели глаз. Есть фотопластинки, на которые красный свет совсем не действует, желтый свет действует весьма слабо, зато необычайно сильно действуют синие, фиолетовые и ультрафиолетовые лучи. Поэтому звезды красноватого цвета, например, Антарес ( Скорпиона) или Бетельгейзе ( Ориона), яркие для глаза, па такой фотопластинке выйдут более слабыми, в то время как голубоватые звезды получатся более яркими. Это и заставило астрономов ввести еще одну шкалу звездных величин, основанную на воздействии света па фотопластинку и названную шкалой фотографических звездных величин. Она строится совершенно так же, как и визуальная шкала звездных величин, но блеск звезд, выраженный в ней, отличается от визуального блеска в зависимости от цвета звезды, что позволяет по разности фотографической и визуальной звездных величин звезды численно выражать ее цвет. Эта разность называется показателем цвета и является одной из важных характеристик звезды, поскольку связана с ее температурой.

У желтых и красных звезд показатель цвета положителен и достигает +2,1 звездной величины, у белых звезд он близок к нулю, а у голубоватых -- отрицателен, но не бывает менее -0,5.

Чтобы исключить индивидуальные физиологические особенности глаз различных наблюдателей и иметь возможность определять показатели цвета слабых звезд, широко применяется еще одна шкала оценки блеска звезд, называемая шкалой фотовизуальных звездных величин.

Для этой цели звезды фотографируются на специальных фотопластинках, хорошо реагирующих на желтые и зеленые лучи (как и человеческий глаз), причем перед фотопластинкой ставится чистое желтое стекло (желтый светофильтр). Опыт показывает, что определенные таким способом звездные величины звезд, называемые в этом случае фотовизуальными, настолько близки к визуальным звездным величинам, что практически совпадают с ними, и в настоящее время показатели цвета определяются разностью фотографических и фотовизуальных звездных величин: астрономия созвездие экватор небесный

В астрономии имеется еще ряд шкал звездных величин, которые применяются в зависимости от целей исследования. Так, за последние 30 лет широко внедрились фотоэлектрические методы изучения блеска звезд с помощью фотоэлементов, которые под действием света генерируют электрический ток (фототок) -- явление, открытое еще в 1888--1890 гг. русским физиком А.Г. Столетовым (1839--1896). Современные чувствительные фотоэлементы дают слабый электрический ток под воздействием ничтожно малого освещения, но специальные устройства усиливают ток до величины, доступной измерению с большой точностью.

Исследование излучения звезд в разных лучах позволяет получить ряд важных физических характеристик звезд. Именно для этой цели и определяют блеск звезд в разных лучах, для чего перед фотоэлементами ставят светофильтры разного цвета.

Теперь, когда мы познакомились с измерением блеска звезд, любопытно отметить, что очень ярких звезд нулевой и первой звездной величины не так уж и много, всего лишь 24 на всем небе, зато слабых -- мириады! Это объясняется тем, что блеск звезд зависит не только от их действительной светимости, но и от расстояний: чем дальше от нас находятся звезды, тем слабее они выглядят. Цвет же звезд зависит от их поверхностной температуры.

Всего в северном полушарии неба насчитывается около 2900 звезд, видимых невооруженным глазом, т. е. до 6.

Размещено на Allbest.ru