Методы визуального наблюдения комет. Как определить положение звезд на небесной сфере Видимая яркость и цвет звезд

Астронавигация для яхтсмена

«Существует лишь один безошибочный способ определения места и направления пути судна в море - астрономический, и счастлив тот, кто знаком с ним!», - этими словами Христофора Колумба мы открываем цикл очерков - уроков астронавигации.

Морская астронавигация зародилась в эпоху великих географических открытий, когда «на деревянных кораблях плавали железные люди», к на протяжении веков впитала опыт многих поколений мореплавателей. За последние десятилетия она обогатилась новыми измерительными и вычислительными средствами, новыми методами решения навигационных задач; недавно появившиеся спутниковые навигационные системы по мере их дальнейшего развития сделают все трудности судовождения достоянием истории. Роль морской астронавигации (от греческого астрой - звезда) остается исключительно важной и в наши дни. Цель нашей серии очерков - познакомить судоводителей-любителей с доступными в условиях яхтенного плавания современными способами астрономического ориентирования, которые чаще всего используются в открытом море, но могут быть применены и в тех случаях прибрежного плавания, когда береговые ориентиры не видны или их не удается опознать.

Наблюдения небесных ориентиров (звезд, Солнца, Луны и планет) позволяют мореплавателям решать три основные задачи (рис. 1):
1) измерять время с достаточной для приближенного ориентирования точностью;

2) определять направление движения судна даже при отсутствии компаса и поправку компаса, если он имеется;

3) определять точное географическое место судна и контролировать правильность его пути.

Необходимость решения этих трех задач на яхте возникает вследствие неизбежных погрешностей в счислении ее пути по показаниям компаса и лага (или приближенно определяемой скорости). Большой дрейф яхты, достигающий при сильном ветре 10-15°, однако оцениваемый лишь глазомерно; непрерывно изменяющаяся скорость движения; управление «по парусам» при следовании в бейдевинд, лишь с последующим фиксированием компасных курсов; влияние переменных течений; большое количество поворотов при лавировке, - это далеко не полный перечень причин, осложняющих навигацию на яхте! Если счисление не контролируется по наблюдениям светил, погрешность в счислимом месте даже у опытных яхтсменов может превысить несколько десятков миль. Ясно, что столь большая погрешность угрожает безопасности мореплавания, может привести к большим потерям ходового времени.

В зависимости от применяемых мореходных инструментов, пособий и вычислительных средств точность решения астронавигационных задач будет различной. Для возможности их решения в полном объеме и с вполне достаточной для плавания в открытом море точностью (погрешность места - не более 2-3 миль, в поправке компаса - не более 1°) необходимо иметь:

• навигационный секстан и хорошие влагозащищенные часы (лучше электронные или кварцевые);
• транзисторный радиоприемник для приема сигналов времени и микрокалькулятор типа «Электроника» (этот микрокалькулятор должен иметь ввод углов в градусной мере, обеспечивать вычисление прямых и обратных тригонометрических функций, выполнять все арифметические операции; наиболее удобна «Электроника» БЗ-34); при отсутствии микрокалькулятора можно пользоваться математическими таблицами или специальными таблицами «Высоты и азимуты светил» («ВАС-58»), изданными Главным управлением навигации и океанографии;
• морской астрономический ежегодник (МАЕ) или другое пособие для расчета координат светил.

Широкое распространение электронных часов, транзисторных радиоприемников и микрокалькуляторов сделало применение астрономических методов навигации доступным самому широкому кругу лиц без специальной штурманской подготовки. Неслучайно отмечается непрерывный рост спроса на морские астрономические ежегодники; это служит лучшим доказательством популярности астронавигации среди всех категорий мореплавателей и в первую очередь - среди моряков-любителей.

При отсутствии на судне какого-либо из перечисленных выше средств астронавигации сама возможность астронавигационного ориентирования сохраняется, но понижается его точность (оставаясь, однако, вполне удовлетворительной для многих случаев плавания на яхте). Кстати сказать, некоторые инструменты и вычислительные средства настолько просты, что могут быть изготовлены самостоятельно.

Астронавигация - это не только наука, но и искусство - искусство наблюдать светила в морских условиях и безошибочно выполнять вычисления. Пусть первоначальные неудачи вас не разочаровывают: немного терпения и появятся необходимые навыки, а вместе с ними придет высокое удовлетворение искусством плавания вне видимости берегов.

Все методы астронавигации, которые вы будете осваивать, многократно проверены на практике, они уже не раз сослужили хорошую службу морякам в самых критических ситуациях. Не откладывайте их освоение «на потом», овладевайте ими при подготовке к плаванию; успех похода решается на берегу!

Астронавигация, как и вся астрономия, - наука наблюдательная. Ее законы и методы выведены из наблюдений видимого движения светил, из зависимости между географическим местом наблюдателя и видимыми направлениями на светила. Поэтому изучение астронавигации мы и начнем с наблюдений светил - научимся их опознавать; попутно ознакомимся с необходимыми нам в дальнейшем началами сферической астрономии.

Небесные ориентиры

1. Навигационные звезды . Ночью при ясном небе мы наблюдаем тысячи звезд, однако в принципе каждую из них можно опознать, основываясь на ее расположении в группе соседних звезд - ее видимом месте в созвездии, на ее видимом блеске (яркости) и цвете.

Для ориентирования на море применяются лишь наиболее яркие звезды, их называют навигационными. Чаще всего наблюдаемые навигационные звезды перечислены в табл. 1; полный же каталог навигационных звезд имеется в МАЕ.

Картина звездного неба неодинакова в различных географических районах, в разные сезоны года и в разное время суток.

Приступая к самостоятельному поиску навигационных звезд в северном полушарии Земли, при помощи компаса определите направление на точку Севера, расположенную на горизонте (обозначена буквой N на рис. 2). Над этой точкой на угловом расстоянии, равном географической широте вашего места?, расположена звезда Полярная - самая яркая среди звезд созвездия Малой Медведицы, образующих фигуру ковша с изогнутой ручкой (Малого Ковша). Полярную обозначают греческой буквой «альфа» и именуют? Малой Медведицы; она уже несколько столетий используется мореплавателями в качестве основного навигационного ориентира. При отсутствии компаса направление на север легко определяется как направление на Полярную.

В качестве масштаба для грубого измерения угловых расстояний на небосводе можно применять угол между направлениями от вашего глаза на кончики большого и указательного пальцев вытянутой руки (рис. 2); это примерно 20°.

Видимый блеск звезды характеризуется условным числом, которое называют звездной величиной и обозначают буквой m . Шкала звездных величин имеет вид:

Блеск m = 0 имеет наблюдаемая летом самая яркая звезда северного звездного неба - Вега (? Лиры). Звезды первой величины - с блеском m = 1 в 2,5 раза слабее по яркости, чем Вега. Полярная имеет звездную величину около m = 2; это значит, что ее блеск примерно в 2,5 раза слабее блеска звезд первой величины или в 2,5 X 2,5 = 6,25 раза слабее блеска Веги, и т. п. Невооруженным глазом можно наблюдать только звезды ярче m < 5.

Звездные величины указаны в табл. 1; там же указан и цвет звезд. Надо, однако, учитывать, что цвет воспринимается людьми субъективно; кроме того, по мере приближения к горизонту блеск звезд заметно ослабевает, а их цвет смещается в красную сторону (из-за поглощения света в земной атмосфере). При высоте над горизонтом менее 5° большинство звезд вообще исчезает из видимости.

Земная атмосфера наблюдается нами в форме небесного свода (рис. 3), приплюснутого над головой. В морских условиях ночью расстояние до горизонта кажется примерно в два раза большим, чем расстояние до расположенной над головой точки зенита Z (от арабского замт - верх). Днем видимая приплюснутость небосвода может возрасти в полтора-два раза в зависимости от облачности и времени суток.

Вследствие очень больших расстояний до небесных светил они представляются нам равноудаленными и расположенными на небосводе. По этой же причине взаимное расположение звезд на небосводе изменяется очень медленно - наше звездное небо мало чем отличается от звездного неба Древней Греции. Лишь ближайшие к нам небесные тела - Солнце, планеты, Луна заметно перемещаются на фойе созвездий - фигур, образованных группами взаимонеподвижных звезд.

Сплюснутость небосвода приводит к искажению глазомерной оценки величины видимой высоты светила - вертикального угла h между направлением на горизонт и направлением на светило. Эти искажения особенно велики при малых величинах высот. Итак, еще раз отметим: наблюдаемая высота светила всегда больше истинной его высоты.

Направление на наблюдаемое светило определяется его истинным пеленгом ИП - углом в плоскости горизонта между направлением на Север и линией пеленга светила ОД, которая получается пересечением проходящей через светило вертикальной плоскости и плоскости горизонта. ИП светила измеряется от точки Севера по дуге горизонта в сторону точки Востока в пределах 0°-360°. Истинный пеленг Полярной равен 0° с погрешностью не более 2°.

Опознав Полярную, найдите на небосводе созвездие Большой Медведицы (см. рис. 2), которое иногда называют Большой Ковш: оно расположено на расстоянии 30°-40 от Полярной, причем все звезды этого созвездия - навигационные. Если вы научились уверенно опознавать Большую Медведицу, то сможете находить Полярную без помощи компаса - она находится по направлению от звезды Мерак (см. табл. 1) на звезду Дубхе на удалении, равном 5 расстояниям между этими звездами. Симметрично Большой Медведице (относительно Полярной) расположено созвездие Кассиопеи с навигационными звездами Кафф (?) и Шедар (?). В морях, омывающих берега СССР, все упомянутые нами созвездия ночью видны над горизонтом.

Отыскав Большую Медведицу и Кассиопею, нетрудно опознать расположенные вблизи них другие созвездия и навигационные звезды, если воспользоваться картой звездного неба (см. рис. 5). При этом полезно знать, что дуга на небосводе между звездами Дубхе и Бенетнаш приближенно равна 25°, а между звездами? и? Кассиопеи - около 15°; эти дуги также можно применять в качестве масштаба для приближенной оценки угловых расстояний на небе.

В результате вращения Земли вокруг своей оси наблюдается видимое нами вращение небосвода в сторону Запада вокруг направления на Полярную; каждый час звездное небо поворачивается на 1ч = 15°, каждую минуту на 1м = 15", а за сутки на 24ч = 360°.

2. Годовое движение Солнца на небосводе и сезонные изменения вида звездного неба . В течение года Земля совершает в космическом пространстве один полный оборот вокруг Солнца. Направление с движущейся Земли на Солнце по этой причине непрерывно изменяется; Солнце описывает показанную на звездной карте (см. вкладку) пунктирную кривую, которую называют эклиптикой.

Видимое место Солнца совершает по эклиптике собственное годовое движение в направлении, противоположном видимому суточному вращению звездного неба. Скорость этого годового движения невелика и равна 4/сутки (или 4 м/сутки). В разные месяцы Солнце проходит различные созвездия, образующие на небе зодиакальный пояс («круг животных»). Так, в марте Солнце наблюдается в созвездии Рыб, а далее последовательно в созвездиях Овна, Тельца, Близнецов, Рака, Льва, Девы, Весов, Скорпиона, Стрельца, Козерога, Водолея.

Созвездия, расположенные на одной полусфере с Солнцем, засвечиваются им и днем не видны. В полночь на юге видны созвездия, отстоящие от места Солнца в данную календарную дату на 180° = 12ч.

Совокупность быстрого видимого суточного движения звезд и медленного годового движения Солнца приводит к тому, что наблюдавшаяся сегодня в данный момент картина звездного неба завтра будет видна на 4м раньше, через 15 суток - на

раньше, через месяц - на 2 часа раньше, и т. д.

3. Географическое и видимое место светила. Карта звездного неба. Звездный глобус . Наша Земля имеет сферическую форму; теперь это наглядно доказывается ее снимками, выполненными космическими станциями.

В навигации полагают, что Земля имеет форму правильного шара, на поверхности которого место яхты определяют две географические координаты:
Географическая широта? (рис. 4) - угол между плоскостью земного экватора eq и направлением отвесной линии (направлением силы тяжести) в точке наблюдений О. Этот угол измеряется дугой географического меридиана места наблюдателя (кратко - местного меридиана) еО от плоскости экватора в сторону ближайшего к месту наблюдений полюса Земли в пределах 0°-90°. Широта может быть северной (положительной) или южной (отрицательной). На рис. 4 широта места О равна? = 43° N. Широта определяет положение географической параллели - малого круга, параллельного экватору.

Географическая долгота? - угол между плоскостями начального географического меридиана (согласно международному соглашению он проходит через Гринвичскую обсерваторию в Англии - Г на рис. 4) и плоскостью местного меридиана наблюдателя. Этот угол измеряется дугой земного экватора егре в сторону Востока (или Запада) в пределах 0°-180°. На рис. 4 долгота места равна? = 70° Ost. Долгота определяет положение местного меридиана.

Направление местного меридиана в точке наблюдений О определяется направлением солнечной тени в полдень от отвесно установленного шеста; в полдень эта тень имеет кратчайшую длину, на горизонтальной площадке она образует полуденную линию N-S (см. рис. 3). Любой местный меридиан проходит через географические полюсы Рn и Ps, а его плоскость - через ось вращения Земли PnPs и отвесную линию OZ.

Луч света от удаленного светила * приходит в центр Земли по направлению *Ц, пересекая земную поверхность в какой-то точке?. Представим себе, что из центра Земли произвольным радиусом описана вспомогательная сфера (небесная сфера). Этот же луч пересечет небесную сферу в точке?". Точку? называют географическим местом светила (ГМС), а точку?" - видимым местом светила на сфере. По рис. 4. видно, что положение ГМС определяют географическая шпрота?* и географическая долгота?*.

Аналогично определяется положение видимого места светила на небесной сфере:

• дуге меридиана ГМС?* равна дуга? небесного меридиана, проходящего через видимое место светила; эта координата па сфере называется склонением светила, оно измеряется так же, как широта;
• дуга земного экватора?* равна дуге tгр небесного экватора; на сфере эта координата называется гринвичским часовым углом, он измеряется так же, как долгота, или, в круговом счете - всегда в сторону Запада, в пределах от 0° до 360°.

Координаты? и tгр называют экваториальными; их тождественность с географическими еще более видна, если предположить, что на рис. 4 радиус небесной сферы будет равен радиусу земного шара.

Положение меридиана видимого места светила на небесной сфере можно определить не только относительно небесного гринвичского меридиана. Примем за начало отсчета ту точку небесного экватора, в которой Солнце видно 21 марта. В этот день начинается весна для северного полушария Земли, день равен ночи; упомянутая точка именуется точкой Весны (или точкой Овна) и обозначается знаком Овна - ?, как показано на звездной карте.

Дуга экватора от точки Весны до меридиана видимого места светила, считаемая в сторону видимого суточного движения светил от 0° до 360°, называется звездным углом (или звездным дополнением) и обозначается?*.

Дуга экватора от точки Весны до меридиана видимого места светила, считаемая в сторону собственного годового движения Солнца по небесной сфере, называется прямым восхождением? (на рис. 5 оно дано в часовой мере, а звездный угол - в градусной мере). Координаты навигационных звезд показаны в табл. 1; очевидно, что, зная?°, всегда можно найти

и наоборот.

Дуга небесного экватора от местного меридиана (его полуденной части PnZEPs) до меридиана светила называется местным часовым углом светилам обозначается t. По рис. 4 видно, что всегда t отличается от tгрна величину долготы места наблюдателя:

при этом восточная долгота прибавляется, а западная - вычитается, если tгр взят в круговом счете.

Вследствие видимого суточного движения светил их часовые углы непрерывно изменяются. Звездные углы по этой причине не изменяются, так как начало их отсчета (точка Весны) вращается вместе с небосводом.

Местный часовой угол точки Весны называют звездным временем; оно всегда измеряется в сторону Запада от 0° до 360°. Глазомерно его можно определить по положению на небосводе меридиана звезды Кафф (? Кассиопеи) относительно местного небесного меридиана. По рис. 5 видно, что всегда

Потренируйтесь в глазомерном определении экваториальных координат? и t наблюдаемых вами на небосводе светил. Для этого по Полярной определите положение на горизонте точки Севера (рис. 2 и 3), затем найдите точку Юга. Вычислите дополнение широты вашего места? = 90° - ? (например, в Одессе? = 44°, а в Лениграде? = 30°). Полуденная точка экватора Е расположена над точкой Юга на угловом расстоянии, равном?; она всегда является началом отсчета часового угла. Экватор на небосводе проходит через точку Востока, точку Е и точку Запада.

Полезно знать, что при?N > 90° - ?N светило в северном полушарии Земли всегда движется над горизонтом, при? < 90° - ? оно восходит и заходит, при?S > 90° - ?N оно не наблюдается.
Механической моделью небесной сферы, воспроизводящей вид звездного неба и все рассмотренные выше координаты, является звездный глобус (рис. 6). Этот навигационный прибор очень полезен в дальнем плавании: при его помощи можно решать все задачи астронавигационного ориентирования (при угловой погрешности результатов решения не более 1,5-2° или при погрешности во времени не более 6-8 мин. Перед работой глобус устанавливают по широте места наблюдений (показано на рис. 6) и по местному звездному времени t?. правила вычисления которого на срок наблюдений будут пояснены далее.

При желании упрощенный звездный глобус можно изготовить из школьного глобуса, если нанести на его поверхность видимые места звезд, руководствуясь табл. I и картой звездного неба. Точность решения задач на таком глобусе будет несколько ниже, но достаточна для многих случаев ориентирования по направлению движения яхты. Заметим также, что звездная карта дает прямое изображение созвездий (так, как их видит наблюдатель), а на звездном глобусе видны их обратные изображения.

Опознавание навигационных звезд

Из бесчисленного числа звезд невооруженным глазом легко наблюдаются всего лишь около 600, показанных на карте звездного неба в Морском Астрономическом Ежегоднике. Эта карта дает обобщенную картину того, что вообще может наблюдать мореплаватель на темном ночном небе. Для ответа на вопрос, где и как искать те или иные навигационные звезды в определенном географическом районе, служат приводимые ниже (рис. 1-4) сезонные схемы звездного неба: они охватывают вид звездного неба для всех морей страны и составлены на основе звездной карты МАЕ; на них указаны положение и собственные имена всех 40 навигационных звезд, упомянутых в таблице в предыдущем очерке.

Каждая схема соответствует вечерним наблюдениям в определенное время года: весной (рис. 1), летом (рис. 2), осенью (рис. 3), и зимой (рис. 4) либо - утренним наблюдениям весной (рис. 2), летом (рис. 3), осенью (рис. 4) и зимой (рис. 1). Каждая сезонная схема может быть использована и в другое время года, но уже в другое время суток.

Для выбора подходящей к намеченному времени наблюдений сезонной схемы служит табл. 1. Входить в эту таблицу надо по ближайшей к намеченной вами календарной дате наблюдений и так называемому «меридианному» времени суток ТМ.

Меридианное время с допустимой погрешностью не более получаса можно просто получить, уменьшив принятое на территории СССР с 1981 г. зимнее время на 1 час, а летнее время - на 2 часа. Правила расчета Т морских условиях по принятому на борту яхты судовому времени поясняются в приводимом ниже примере. В двух нижних строках таблицы для каждой сезонной схемы указаны соответствующее ей звездное время tМ и отсчет звездного угла?К по шкалам звездной карты МАЕ; эти величины позволяют определить, какой из меридианов звездной карты в намеченное время наблюдений совпадает с меридианом вашего географического места.

При первоначальном освоении правил опознавания навигационных звезд необходимо подготовиться к наблюдениям заранее; используются и карта звездного неба, и сезонная схема. Ориентируем звездную карту на местности; от точки юга на горизонте по небосводу в сторону северного полюса мира расположится тот меридиан экваториальной звездной карты, который оцифрован величиной tМ, т. е. для наших сезонных схем - 12Ч, 18Ч, 0(24)Ч и 6Ч. Этот меридиан и показан пунктиром на сезонных схемах. Полуширина каждой из схем составляет примерно 90° = 6Ч; поэтому, спустя в часов вследствие вращения звездного неба к западу пунктирный меридиан сместится к левой кромке схемы, а ее центральные созвездия - к правой.

Экваториальная карта охватывает звездное небо между параллелями 60° N и 60° S, но не все показанные на ней звезды обязательно будут видны в вашей местности. Над головой, вблизи зенита, видны те созвездия, у которых склонения звезд близки по величине к широте места (и «одноименны» с ней). Например, в широте? = 60° N при tМ = 12Ч над головой располагается созвездие Большой Медведицы. Далее, как уже было пояснено в первом очерке, можно утверждать, что при? = 60° N никогда не будут видны звезды, расположенные южнее параллели со склонением? = 30° S, и т. п.

Для наблюдателя в северных географических широтах экваториальная звездная карта показывает преимущественно те созвездия, которые наблюдаются на южной половине небосвода. Для выяснения видимости созвездий на северной половине небосвода служит северная полярная карта, охватывающая участок, очерченный из северного полюса мира радиусом 60°. Иначе говоря, северная полярная карта перекрывает экваториальную карту в широком поясе между параллелями 30° N и 60° N. Для ориентирования полярной карты на местности необходимо ее меридиан, оцифрованный найденной по табл. 1 величиной?, расположить над головой так, чтобы он совпал с направлением от зенита к северному полюсу мира.

Поле зрения глаз человека примерно равно 120-150°, так что, если вы смотрите на Полярную, то в поле зрения будут все созвездия северной полярной карты Над горизонтом всегда видны те северные созвездия, звезды которых имеют склонения? > 90° - ? и «одноименны» с широтой. Например, на широте? = 45° N незаходящими являются звезды, у которых склонения более? = 45° N, а на широте? = 60° N - те звезды, у которых? > 30° N. и т. п.

Напомним, что все звезды на небе имеют одинаковые размеры - они видны как светящиеся точки и различаются лишь по силе блеска и цветовому оттенку. Размеры кружков на звездной карте указывают не видимый размер звезды на небе, а относительную силу ее блеска - звездную величину. Кроме того, изображение созвездия всегда несколько искажается при развертывании поверхности небесной сферы на плоскость карты. По этим причинам вид созвездия на небе несколько отличается от вида его на карте, однако это не создает существенных затруднений при опознании звезд.

Научиться опознавать навигационные звезды нетрудно. Для плавания в период вашего отпуска вполне достаточно знать расположение десятка созвездий и входящих в них навигационных звезд из числа указанных в табл. 1 первого очерка. Две-три предпоходные ночные тренировки придадут вам уверенность при ориентировании по звездам в море.

Не пытайтесь опознавать созвездия, отыскивая на себе фигуры мифических героев или животных, соответствующие их заманчиво звучащим наименованиям. Можно, конечно, догадаться, что созвездия северных животных - Большой Медведицы и Малой Медведицы чаще всего следует искать в направлении на север, а созвездие южанина Скорпиона - на южной половине небосвода. Однако фактически наблюдаемый вид тех же северных созвездий-«медведиц» лучше передают известные стихи:

Две медведицы смеются:
- Эти звезды вас надули?
Нашим именем зовутся,
А похожи на кастрюли.

Большую Медведицу при опознании звезд удобнее именовать Большим Ковшом, что мы и будем делать. Желающих узнать подробности о созвездиях и их наименованиях отсылаем к превосходному «звездному букварю» Г. Рея и интересной книге Ю. А. Карпенко.

Для мореплавателя практическим путеводителем по звездному небу могут служить схемы - указатели навигационных звезд (рис. 1-4), показывающие расположение этих звезд относительно легко опознаваемых по звездным картам нескольких опорных созвездий.

Основным опорным созвездием является Большая Медведица, ковш которой в наших морях всегда виден над горизонтом (при широте места более 40° N) и легко опознается даже без карты. Запомним собственные имена звезд Большого Ковша (рис. 1): ? - Дубхе, ? - Мерак, ? - Фекда, ? - Мегрец, ? - Алиот, ? - Мицар, ? - Бенетнаш. Вы уже знаете семь навигационных звезд!

По направлению линии Мерак - Дубхе иа расстоянии около 30° расположена, как мы уже знаем, Полярная - конец ручки ковша Малой Медведицы, в донышке которого виден Кохаб.

На линии Мегрец - Полярная и на таком же расстоянии от Полярной видна «девичья грудь» Кассиопеи и ее звезды Кафф и Шедар.

По направлению Фекда - Мегрец и на расстоянии около 30° найдем звезду Денеб, расположенную в хвосте созвездия Лебедя - одного из немногих, хоть в какой-то мере соответствующих по конфигурации своему названию.

По направлению Фекда - Алиот в области, удаленной примерно на 60°, видна самая яркая северная звезда - голубая красавица Вега (а Лиры).

По направлению Мицар - Полярная и на расстоянии около 50°-60° от полюса располагается созвездие Андромеды - цепочка из трех звезд: Альферрац, Мирах, Аламак одинаковой яркости.

По направлению Мирах - Аламак на таком же расстоянии виден Мирфак (? Персея).

По направлению Мегрец - Дубхе на расстоянии около 50° видна пятиугольная чаша Возничего и одна из наиболее ярких звезд - Капелла.

Мы нашли таким образом почти все навигационные звезды, видимые на северной половнне нашего небосвода. Пользуясь рис. 1, стоит потренироваться в поисках навигационных звезд сначала на звездных картах. Тренируясь «на местности», держите рис. 1 «вверх ногами», направив значком * к точке N.

Перейдем к рассмотрению навигационных звезд на южной половине весеннего небосвода на том же рис. 1.

По перпендикуляру к днищу Большого Ковша на расстоянии около 50° располагается созвездие Льва, в передней лапе которого расположен Регул, а на кончике хвоста - Денебола Некоторым наблюдателям это созвездие напоминает не льва, а утюг с отогнутой ручкой. По направлению хвоста Льва расположено созвездие Девы и звезда Спика. Южнее созвездия Льва в бедной звездами области у экватора будет заметен неяркий Альфард (а Гидры).

На линия Мегрец - Мерак на расстоянии около 50° видно созвездие Близнецов - две яркие звезды Кастор и Поллукс. На одном меридиане с ними и ближе к экватору виден яркий Процион (? Малого Пса).

Двигаясь взглядом по изгибу ручки Большого Ковша, на расстоянии около 30° увидим ярко-оранжевый Арктур (? Волопаса - созвездия, напоминающего парашют над Арктуром). Рядом с этим парашютом видна небольшая и неяркая чаша Северной Короны, в которой выделяется Альфакка,

Продолжая направление этого же изгиба ручки Большого Ковша, неподалеку от горизонта обнаружим Антарес - яркий красноватый глаз созвездия Скорпиона.

Летним вечером (рис. 2) на восточной стороне небосвода хорошо заметен «летний треугольник», образованный яркими звездами Вега, Денеб и Альтаир (? Орла). Созвездие Орла в виде ромба легко отыскивается по направлению полета Лебедя. Между Орлом и Волопасом наблюдается неяркая звезда Рас-Альхаге из созвездия Змееносца.

В осенние вечера на юге наблюдается «Квадрат Пегаса», образованный уже рассмотренной нами звездой Альферрац и тремя звездами из созвездия Пегаса: Маркаб, Шеат, Альгениб. Квадрат Пегаса (рис. 3) легко отыскивается на линии Полярная - Кафф на расстоянии около 50° от Кассиопеи. Относительно же Квадрата Пегаса просто найти созвездия Андромеды, Персея и Возничего к востоку, а созвездия «летнего треугольника» - к западу.

Южнее Квадрата Пегаса вблизи горизонта видны Дифда (? Кита) и Фомальхаут - «рот Южной Рыбы», которую намерен проглотить Кит.

На линии Маркаб - Альгеинб иа расстоянии около 60° виден яркий Альдебаран (? Тельца) в характерных «брызгах» мелких звезд. Между созвездиями Пегаса и Тельца расположен Хамал (? Овна).

На богатой яркими звездами южной половине зимнего неба (рис. 4) легко ориентироваться относительно красивейшего созвездия Ориона, которое опознается без карты. Созвездие Возничего расположено посередине между Орионом и Полярной. Созвездие Тельца находится на продолжении дуги пояса Ориона (образованного «тремя сестрами»-звездами?, ?, ? Ориона) на расстоянии около 20°. На южном продолжении той же дуги на расстоянии около 15° сверкает самая яркая звезда - Сириус (? Большого Пса). По направлению? - ? Ориона на расстоянии 20° наблюдается Порцион.

В созвездии Ориона навигационными звездами являются Бетельгейзе и Ригель.

Следует иметь в виду, что вид созвездий может искажаться появляющимися в них планетами - «блуждающими звездами». Положение планет на звездном небе в 1982 г. указано в приводимой табл. 2 Так, изучив эту таблицу, мы установим, что, например, в мае Венера вечером будет не видна, Марс и Сатурн - исказят вид созвездия Девы, а неподалеку от них в созвездии Весов будет виден очень яркий Юпитер (редко наблюдаемый «парад планет»). Сведения о видимых местах планет даются на каждый год в МАЕ и Астрономическом календаре издательства «Наука». Их надо наносить на звездную карту при подготовке к походу, используя указанные в этих пособиях прямые восхождения и склонения планет на дату наблюдений.

Приводимые сезонные схемы - указатели навигационных звезд (рис. 1-4) наиболее удобны для работы в сумерки, когда отчетливо видны горизонт и лишь наиболее яркие звезды. Изображаемые на картах звездного неба конфигурации созвездий могут быть обнаружены только после наступления полной темноты.

Поиск навигационных звезд должен быть осмысленным, вид созвездия надо научиться воспринимать в целом - как образ, картину. Человек быстрее и легче опознает то, что он предполагает увидеть. Именно поэтому при подготовке к плаванию надо изучать звездную карту так же, как турист изучает по карте маршрут прогулки по незнакомому городу.

Выходя иа наблюдения, возьмите с собой звездную карту и указатель навигационных звезд, а также карманный фонарь (его стекло лучше покрыть красным лаком для ногтей). Компас будет полезен, но можно обойтись и без него, определив направление на Север по Полярной. Подумайте о том, что послужит «масштабной линейкой» для оценки угловых расстояний на небосводе. В угле, под которым виден удерживаемый в вытянутой руке и перпендикулярный к ней предмет, содержится столько градусов, сколько сантиметров имеет этот предмет в высоту. На небосводе расстояние между звездами Дубхе и Мегрец равно 10°, между звездами Дубхе и Бенетнаш - 25°, между крайними звездами Кассиопея - 15°, восточная сторона Квадрата Пегаса - 15°, между Ригелем и Бетельгейзе - около 20°.

Выйдя на местность в назначенное время - сориентируйтесь в направления на Север, Восток, Юг я Запад. Найдите я опознайте созвездие, проходящее над вашей головой, - через зенит или вблизи него. Сделайте привязку к местности сезонной схемы и экваториальной карты - по точке S и направлению местного небесного меридиана, перпендикулярному к линии горизонта в точке S; привяжите к местности северную полярную карту - по линии ZP . Найдите опорное созвездие - Большую Медведицу (Квадрат Пегаса или Орион) и попрактикуйтесь в опознания навигационных звезд. При этом надо помнить об искажениях величин визуально наблюдаемых высот светил вследствие сплюснутости небосвода, об искажениях цвета звезд на малых высотах, о кажущемся увеличении размеров созвездий вблизи горизонта и уменьшении по мере приближения к зениту, об изменении положения фигур созвездий в течение ночи относительно видимого горизонта из-за вращения неба.

Б. Пример расчета меридианного времени и выбора сезонной схемы звездного неба

8 мая 1982 г. в Балтийском море (широта? = 59,5° N; долгота? = 24,8° Ost намечены наблюдения звездного неба в момент ТС = 00Ч30М по стандартному (летнему московскому) времени. Подобрать и сориентировать звездную карту и указатель навигационных звезд.

На берегу приближенно можно принимать ТМ, равным летнему, уменьшенному на 2 ч. В нашем примере:

Во всех случаях, когда стандартное время наблюдений ТС меньше №С, перед выполнением вычитания надо увеличить ТС на 24Ч; при этом всемирная дата получится меньше местной на единицу. Если же окажется, что после выполнения сложения Тгр оказалось более 24Ч, надо отбросить 24Ч я дату результата увеличить на единицу. Это же правило применяется при вычислении ТМ по Ггр и?.

Выбор сезонной схемы и ее ориентировка

Местной дате 7 мая и моменту ТМ = 22Ч09М согласно табл. 1 ближе всего соответствует сезонная схема на рис. 1. Но эта схема построена для ТМ = 21Ч 7 мая, а мы будем вести наблюдения на 1Ч09М позже (в градусной мере 69М: 4М = 17°). Поэтому местный меридиан (линия S - PN) расположится левее центрального меридиана схемы на 17° (если бы мы наблюдали не позже, а раньше, то местный меридиан сместился бы вправо).

В нашем примере через местный меридиан будет проходить созвездие Девы над точкой Юга и созвездие Большой Медведицы возле зенита, иад точкой Севера расположится Кассиопея (см. звездную карту для t? = 13Ч09М и?К = 163°).

Для опознания навигационных звезд послужит ориентировка относительно Большой Медведицы (рис. 1).

- малые тела Солнечной системы (наряду с и метеорными телами), движущиеся по сильно вытянутым орбитам и резко меняющие свой вид с приближением к Солнцу. К., находясь вдали от Солнца, выглядят как туманные, слабо светящиеся объекты (размытые диски со сгущением в центре). С приближением К. к Солнцу у неё образуется "хвост", направленный в противоположную от Солнца сторону.

Яркие К. могут иметь неск. хвостов разной длины и цвета, в хвосте могут наблюдаться параллельные полосы, а вокруг "головы" К.- концентрич. кольца-галосы.

Название "К." происходит от греч. слова kometes, буквально - длинноволосый (яркие К. похожи на голову с распущенными волосами, рис. 1). Ежегодно открывают 5-10 К. Каждой из них присваивают предварительное обозначение, включающее фамилию открывшего К., год открытия и букву латинского алфавита в порядке открытия. Потом его заменяют окончат. обозначением, включающим год прохождения через перигелий и римскую цифру в порядке дат прохождения через перигелий.

К. наблюдаются тогда, когда небольшое тело - ядро К., напоминающее ком снега, загрязнённый мелкой пылью и более крупными твёрдыми частицами, приближается к Солнцу ближе 4-6 а. e., нагревается его лучами и начинает выделять газы и пылевые частицы. Газы и пыль создают вокруг ядра туманную оболочку (атмосферу К.), называемую комой, яркость к-рой быстро убывает к периферии. Атмосфера К. непрерывно рассеивается в пространство и существует лишь тогда, когда газы и пыль выделяются из ядра. У многих К. в центре комы видно звездообразное ядро, являющееся плотной частью атмосферы, скрывающей истинное (твёрдое) ядро, практически недоступное наблюдениям. Видимое ядро вместе с комой составляет голову К. (рис. 2). Со стороны Солнца голова К. имеет форму параболы или цепной линии, что объясняется постоянным действием давления света и солнечного ветра на атмосферу К. Хвосты К. состоят из ионизованных газов и пыли, уносимых в направлении от Солнца (пыль - в основном под воздействием светового давления, а ионизованные газы - в результате взаимодействия с ). Крупные твёрдые частицы под действием светового давления приобретают малые ускорения и, обладая малыми скоростями относительно ядра (вследствие слабого увлечения их газами), постепенно распространяются вдоль орбиты К., образуя метеорный рой. Нейтральные атомы и молекулы испытывают лишь незначит. световое давление и поэтому рассеиваются почти равномерно во все стороны от ядра К.

По мере приближения К. к Солнцу и усиления нагрева ядра резко усиливается интенсивность выделения газов и пыли, что проявляется в быстром нарастании блеска К. и увеличении яркости хвостов. При удалении К. от Солнца их блеск быстро убывает. Если аппроксимировать изменение блеска головы К. законом 1/r n , r - расстояние от Солнца), то в среднем 4 (у отдельных К. наблюдаются значит. отклонения от этого закона). На плавное изменение блеска головы К., связанное с изменениями r , накладываются колебания блеска и яркие вспышки, вызванные "взрывным" выбросом вещества кометных ядер при резком усилении потоков частиц солнечного происхождения.

Поперечники ядер К. составляют, предположительно, 0,5-20 км, и, следовательно, при плотности ~ 1 г/см 3 их массы заключены в пределах 10 14 -10 19 г.

Однако изредка появляются К. со значительно большими ядрами. Многочисленные ядра, меньшие 0,5 км, порождают слабые К., практически недоступные наблюдениям. Видимые поперечники голов К. составляют 10 4 -10 6 км, изменяясь с расстоянием от Солнца. У нек-рых К. макс. размеры головы превышали размеры Солнца. Ещё большие размеры (свыше 10 7 км) имеют оболочки из атомарного водорода вокруг головы, существование к-рых удалось установить по наблюдениям в спектр, линии при внеатмосферных исследованиях К. Как правило, хвосты бывают менее яркими, чем голова, и поэтому их удаётся наблюдать не у всех К. Длина их видимой части составляет 10 6 -10 7 км, т.е. обычна они погружены в водородную оболочку (рис. 2). У нек-рых К. хвост удавалось проследить до расстояний свыше 10 8 км от ядра. В головах и хвостах К. вещество крайне разрежено; несмотря на гигантский объём этих образований, практически вся масса К. сосредоточена в её твёрдом ядре.

Ядра К. состоят в основном из водяного льда (снега) и льда (снега) из СО или CO 2 с примесью льдов др. газов, а также значит. количеств нелетучих (каменистых) веществ. По-видимому, важным компонентом ядер явл. клатраты, т.е. льды, кристаллич. решётка к-рых включает атомы и молекулы др. веществ. Судя по обилию хим. элементов в веществе К., ядра К. должны состоять (по массе) прибл. из 2/3 льдов и 1/3 каменистых веществ. Присутствие в каменистом компоненте ядер К. некоторого количества радиоактивных элементов должно было привести в далёком прошлом к нагреву их недр на неск. дес. Кельвинов. В то же время присутствие в ядрах К. весьма летучих льдов показывает, что их внутр. темп-ра никогда не превышала ~ 100 К. Т.о., ядра К. явл., по-видимому, наименее изменёнными образчиками первичного вещества Солнечной системы. В связи с этим обсуждаются и подготавливаются проекты прямого исследования вещества и структуры К. при помощи автоматического КА.

Активность ядер К. на расстояниях, меньших 2-2,5 а. е. от Солнца, связана с сублимацией водяного льда, а на больших расстояниях - с сублимацией льда из СО 2 и др. более летучих льдов. На расстоянии 1 а. е. от Солнца скорость сублимации водяного компонента ~ 10 18 молекул/(см 2 с). У К. с перигелиями около земной орбиты за одно приближение к Солнцу теряется наружный слой ядра толщиной в неск. м (у К., пролетающих через солнечную корону, может теряться слой в сотни м).

Длительное существование ряда периодич. К., многократно пролетавших вблизи Солнца, объясняется, по-видимому, незначит. потерей вещества при каждом пролёте (из-за образования пористого теплоизолирующего слоя на поверхности ядер или наличия в ядрах тугоплавких веществ).

Предполагается, что ядра К. включают глыбы различного состава (макро-брекчиевая структура), обладающие разной летучестью, что может приводить, в частности, к появлению струйных истечений, замеченных вблизи нек-рых ядер.

При сублимации льдов с поверхности ядра К. отделяются не только каменистые частицы, но и ледяные частицы, испаряющиеся затем во внутр. частях головы. Нелетучие пылинки образуются, по-видимому, также в ближайших окрестностях ядра в результате конденсации атомов и молекул нелетучих веществ. Пылевые частицы просто отражают и рассеивают солнечный свет, что даёт непрерывный компонент спектров К. При малом выделении пыли непрерывный спектр наблюдается лишь в центральной части головы К., а при обильном её выделении - почти во всей голове и в хвостах нек-рых типов (см. ниже).

Атомы и молекулы, находящиеся в головах и газовых хвостах К., поглощают кванты солнечного света и затем переизлучают их (резонансная флюоресценция). Нейтральные (по-видимому, сложные) молекулы, сублимирующие из ядра, не обнаруживают себя в оптич. области спектра. Когда же они распадаются под действием солнечного света (фотодиссоциация), то излучение нек-рых из их обломков приходится на оптич. участок спектра. Изучение оптич. спектров К. показало, что в головах присутствуют следующие нейтральные атомы и молекулы (точнее, химически неустойчивые радикалы): С, C 2 , C 3 , CH, CN, CO, CS, HCN, СН 3 СN; H, 0, ОН, HN, Н 2 О, NH 2 ; присутствуют также ионы C0 + , СН + , CN + , ОН + , СО, Н 2 О + и др. Характер спектра К. меняется с приближением их к Солнцу. У К., находящихся на расстояние от Солнца r > 3-4 а. е., спектр непрерывный (солнечное излучение на таких расстояниях не может возбудить значит. количество молекул). Когда К. пересекает пояс астероидов (3 а. е.), в ее спектре появляется эмиссионная полоса молекулы CN с . При 2 а. е. возбуждаются и начинают излучать молекулы С 3 и NH 2 , при 1,8 а. е. в спектре появляются полосы углерода. На расстоянии орбит Марса (1,5 а. е.) в спектре голов К. наблюдаются линии ОН, NH, CH и др., а в хвостах - линии ионов СО + , СО, CH + , ОН + , H 2 O + и др. При пересечении орбиты Венеры (на расстояниях К. от Солнца, меньших 0,7 а. е.) появляются линии Na, из к-рого иногда образуется самостоятельный хвост. В редких К. исключительно близко подлетавших к Солнцу (напр., К. 1882 II и 1965 VIII), происходила сублимация каменистых пылинок и наблюдались спектр. линии металлов Fe, Ni, Cu, Со, Сr, Мn, V. При наблюдениях кометы Когоутека 1973 XII и кометы Брэдфилда 1974 III удалось обнаружить линии радио излучения ацетилнитрила (CH 3 CN, =2,7 мм), синильной кислоты (HCN, = 3,4 мм) и воды (H 2 O, = 13,5 мм) - молекул, непосредственно выделяющихся из ядра и представляющие собой некоторые из родительских молекул (по отношению к атомам и радикалам, наблюдающимся в оптической области спектра). В сантиметровом диапазоне наблюдались радиолинии радикалов CH (= 9 см) и ОН (= 18 см).

Радиоизлучение нек-рых из этих молекул обусловлено их тепловым возбуждением (столкновениями молекул в околоядерной области), тогда как у других (напр., у гидроксила ОН) оно, по-видимому, имеет мазерную природу (см. ). В хвостах К., направленных почти прямо от Солнца, наблюдаются ионизованные молекулы СО + , CH + , C0, ОН + , т.о., эти хвосты явл. плазменными. При наблюдениях спектра хвоста кометы Когоутека 1973 XII удалось отождествить линии H 2 O + . Излучение ионизованных молекул возникает на расстоянии ~ 10 3 км от ядра.

Согласно классификации хвостов К., предложенной во 2-й половине 19 в. Ф.А. Бредихиным, они подразделяются на три типа: хвосты I типа направлены почти прямо от Солнца; хвосты II типа изогнуты и отклоняются от продолженного радиуса-вектора назад по отношению к орбитальному движению К.; хвосты III типа - короткие, почти прямые, с самого начала отклонённые в сторону, противоположную орбитальному движению. При нек-рых взаимных расположениях Земли, К. и Солнца хвосты II и III типов могут проецироваться на небо в направлении к Солнцу, образуя хвост, называемый аномальным. Если вдобавок Земля в это время находится вблизи плоскости кометной орбиты, то в виде тонкой пики виден слой крупных частиц, покидающих ядро с малыми относительными скоростями и поэтому распространяющимися вблизи плоскости орбиты К. Объяснение физ. причин, приводящих к появлению хвостов разных типов, существенно изменилось со времён Бредихина. По совр. данным, хвосты I типа явл. плазменными: они образованы ионизованными атомами и молекулами, к-рые со скоростями в десятки и сотни км/с уносятся от ядра под действием солнечного ветра. Вследствие неизотропного выделения плазмы из околоядерной области К., а также вследствие неустойчивостей плазмы и неоднородностей солнечного ветра, хвосты I типа имеют струйчатое строение. Они имеют почти цилиндрич. форму [поперечник км] с концентрацией ионов ~ 10 8 см -3 . Угол, на к-рый отклоняется хвост I типа от линии Солнце-К., зависит от скорости v св солнечного ветра и от скорости орбитального движения К. Наблюдения кометных хвостов I типа позволили определить скорость солнечного ветра до расстояний в неск. а. е. и вдали от плоскости эклиптики. Теоретич. рассмотрение обтекания К. солнечным ветром позволило сделать вывод, что в голове К. на стороне, обращённой к Солнцу, на расстоянии ~ 10 5 км от ядра должен находиться переходный слой, разделяющий плазму К. от плазмы солнечного ветра, а на расстоянии ~ 10 6 км - ударная волна, разделяющая область сверхзвукового течения солнечного ветра от прилегающей к голове К. области дозвукового турбулентного течения.

Хвосты II и III типов - пылевые; непрерывно выделяющиеся из ядра пылинки образуют хвосты II типа, хвосты III типа появляются в тех случаях, когда из ядра одновременно выделяется целое облако пылинок. Пылинки разных размеров получают различное ускорение под действием светового давления, и потому такое облако растягивается в полоску - хвост К. Двух- и трёхатомные радикалы, наблюдающиеся в голове К. и ответственные за резонансные полосы в видимой области спектра К. (в области максимума солнечного излучения), получают под действием светового давления ускорение, близкое к ускорению мелких пылинок. Поэтому эти радикалы начинают двигаться в направлении хвоста II типа, но не успевают далеко продвинуться вдоль него вследствие того, что время их жизни (до фотодиссоциации или фотоионизации) ~ 10 6 с.

К. явл. членами Солнечной системы и, как правило, движутся вокруг Солнца по вытянутым эллиптич. орбитам различных размеров, произвольно ориентированным в пространстве. Размеры орбит большинства К. в тысячи раз больше поперечника планетной системы. Вблизи афелиев своих орбит К. находятся большую часть времени, так что на далёких окраинах Солнечной системы существует облако К. - т.н. облако Оорта. Его происхождение связано, по-видимому, с гравитац. выбросом ледяных тел из зоны планет-гигантов во время их образования (см. ). Облако Оорта содержит ~ 10 11 кометных ядер. У К., удаляющихся до периферич. частей облака Оорта (их расстояния от Солнца могут достигать 10 5 а. е., а периоды обращения вокруг Солнца - 10 6 -10 7 лет), орбиты меняются под действием притяжения ближайших звёзд. При этом нек-рые К. приобретают параболич. скорость по отношению к Солнцу (для столь далёких расстояний ~ 0,1 км/с) и навсегда теряют связь с Солнечной системой. Другие (очень немногие) приобретают при этом скорости ~ 1 м/с, что приводит к их движению по орбите с перигелием вблизи Солнца, и тогда они становятся доступными для наблюдений. У всех К. при их движении в области, занятой планетами, орбиты изменяются под действием притяжения планет. При этом среди К., пришедших с периферии облака Оорта, т.е. движущихся по квазипараболич. орбитам, около половины приобретает гиперболич. орбиты и теряется в межзвёздном пространстве. У других, наоборот, размеры орбит уменьшаются, и они начинают чаще возвращаться к Солнцу. Изменения орбит бывают особенно велики при тесных сближениях К. с планетами-гигантами. Известно ~ 100 короткопериодич. К., к-рые приближаются к Солнцу через неск. лет или десятков лет и поэтому сравнительно быстро растрачивают вещество своего ядра. Большинство таких К. относится к семейству Юпитера, т.е. они приобрели свои совр. небольшие орбиты в результате сближения с ним.

Орбиты К. скрещиваются с орбитами планет, поэтому изредка должны происходить столкновения К. с планетами. Часть кратеров на Луне, Меркурии, Марсе и др. телах образовалась в результате ударов ядер К. Тунгусское явление (взрыв тела, влетевшего в атмосферу из космоса, на Подкаменной Тунгуске в 1908 г.), возможно, также было вызвано столкновением Земли с небольшим кометным ядром.

Лит.:
Орлов С.В., О природе комет, М., 1960; Добровольский О.В. Кометы, метеоры и зодиакальный свет, в кн. Курс астрофизики и звездной астрономии т. 3, М., 1964; его же. Кометы, М., 1966; Уиппл Ф.Л., Кометы, в кн.: Космохимия Луны и планет, М., 1975; Чурюмов К.И., Кометы и их наблюдение, М., 1980; Томита Коитиро, Беседы о кометах, пер. с япон., М., 1982.

(Б.Ю. Левин )

1. Какие космические тела, видимые невооруженным глазом на звездном небе Земли, могут изменять направление своего движения (на фоне звезд) более чем на ? Почему это происходит?

Решение: Как известно, все планеты Солнечной системы совершают как прямые, так и попятные движения. Такое петлеобразное движение планет является следствием сложения движений Земли и планет по орбите вокруг Солнца. Рассуждая аналогично, можно сделать вывод, что таким же образом на фоне звезд должны двигаться и любые другие тела, вращающиеся вокруг Солнца. Из них невооруженным глазом видны пять планет (Меркурий, Венеру, Марс, Юпитер, Сатурн), а также яркие кометы.

2. У каких небесных тел есть хвосты? Сколько их может быть, из чего они состоят?
Решение: Газовые и газово-пылевые хвосты, направленные от Солнца, появляются у комет при их приближении к Солнцу. Также у кометы может существовать пылевой хвост, направленный вдоль орбиты кометы. Кроме этого, у комет встречаются небольшие аномальные хвосты, направленные к Солнцу (состоящие из массивных пылевых частиц комы). В итоге у кометы может быть до четырех хвостов. Обнаружен также газовый хвост у Земли, направленный в сторону от Солнца. По расчетам, он простирается на расстояние около 650 тыс.км. Вероятно, газовые хвосты есть и у других планет, имеющих атмосферы. Кроме этого, структуры, которые часто называют "хвостами", встречаются у взаимодействующих галактик (как правило, у одной галактики такая структура одна). Они состоят из звезд и межзвездного газа.

3. Две звезды на небе расположены так, что одна из звезд видна в зените при наблюдении с северного географического полюса, а вторая каждые сутки проходит через зенит при наблюдении с земного экватора. Известно, что от Земли до первой звезды свет идет чуть больше 430 лет. От второй звезды до Земли свет идет почти 16 лет. Как долго идет свет от первой звезды до второй?

Решение: Так как первая звезда видна в зените на полюсе, то она находится в северном полюсе Мира. Вторая звезда находится на небесном экваторе. Поэтому угловое расстояние между звездами составляет , а время, которое свет идет от одной до другой, можно вычислить по теореме Пифагора. Однако, сравнив расстояния до звезд в световых годах, можно понять, что время прохождения света от первой звезды до второй практически совпадает со временем прохождения света от первой звезды до Земли, т.е. ответ задачи - 430 лет.

4. На какой единственной планете можно наблюдать и полное, и кольцеобразное затмение Солнца одним и тем же спутником?

Решение: Как известно, и полные, и кольцеобразные затмения Солнца происходят на Земле, так что она и является этой единственной планетой. Из-за эллиптичности орбит Земли вокруг Солнца и Луны вокруг Земли угловой диаметр Солнца меняется от до , а диаметр Луны от до . Если угловой диаметр Луны больше углового диаметра Солнца, то может произойти полное солнечное затмение, если, наоборот, угловой диаметр Солнца превышает диаметр Луны, то может произойти кольцеобразное затмение. У всех остальных планет Солнечной системы нет спутников, угловые размеры которых при наблюдении с планеты были бы близки к угловым размерам Солнца.

5. Каким может быть максимальное количество месяцев в году, таких что одна и та же фаза Луны в течение каждого из этих месяцев повторяется по два раза? Период повторения фаз Луны (т.н. "синодический месяц") меняется от суток до суток (вследствие эллиптичности лунной орбиты).

Решение: Очевидно, что фазы Луны не могут повторяться в феврале - его продолжительность даже в високосные годы меньше, чем наименьшее возможное значение синодического месяца. Все остальные месяцы в календаре, наоборот, всегда длиннее синодического месяца, поэтому в каждом из этих месяцев могут существовать фазы Луны, повторяющиеся по два раза. Рассмотрим нереалистичный "предельный" случай - пусть во всех календарных месяцах содержится 31 день, а синодический месяц всегда оказывается равным ровно 29 суткам. Тогда предположим, что в некотором месяце (назовем его "месяц № 1") какая-то фаза Луны была сразу после полуночи 1-го числа. Во второй раз та же фаза повторится 30-го числа того же месяца. В следующий раз она встретится 28-го числа следующего месяца ("месяца № 2"), потом 26-го числа "месяца № 3" и так далее - во всех календарных месяцах вплоть до "месяца № 12" эта фаза будет встречаться только один раз (в "месяце № 12" она придется на 8-е число). Т.е. в такой ситуации в течение года мы найдем только один нужный нам месяц (первый). Очевидно, что из-за большей продолжительности синодического месяца и меньшей продолжительности части календарных месяцев (если они при этом длиннее синодического месяца) ситуация не изменится. Однако наличие в календаре короткого февраля позволяет найти лучшее решение. Если некоторая фаза Луны пришлась на конец суток 31 января, то она же еще раз встречалась в январе - 2-го числа. Та же самая фаза будет отсутствовать в феврале, в следующий раз после 31 января она повторится 1-го или 2-го марта (в зависимости от того, високосный год или нет). Следующее ее повторение придется примерно на 30-31 марта, т.е. одна и та же фаза по два раза повторится в двух календарных месяцах. Других таких месяцев в году не будет - рассмотренный выше "предельный" случай исключает их наличие. Отсюда получаем ответ: таких месяцев два (январь и март), причем этот максимум реализуется в любом году (но, конечно, для разных фаз Луны).

Я вновь воспользуюсь брошюрой «Дидактический материал по астрономии», написанной Г.И. Малаховой и Е.К.Страутом и выпущенной издательством «Просвещение» в 1984 г. В этот раз под раздачу идут первые задачи итоговой контрольной работы на стр. 75.

Для визуализации формул буду использовать сервис LаTeX2gif , так как в RSS библиотека jsMath не в состоянии отрисовать формулы.

Задача 1 (Вариант 1)

Условие: Планетарная туманность в созвездии Лиры имеет угловой диаметр 83″ и находится на расстоянии 660 пк. Каковы линейные размеры туманности в астрономических единицах?

Решение: Указанные в условии параметры связаны между собой простым соотношением:

1 пк = 206265 а.е., соответственно:

Задача 2 (Вариант 2)

Условие: Параллакс звезды Процион 0,28″. Расстояние до звезды Бетельгейзе 652 св. года. Какая из этих звезд и во сколько раз находится дальше от нас?

Решение: Параллакс и расстояние связаны простым соотношением:

Далее находим отношение D 2 к D 1 и получаем, что Бетельгейзе примерно в 56 раз дальше Проциона.

Задача 3 (Вариант 3)

Условие: Во сколько раз изменился угловой диаметр Венеры, наблюдаемой с Земли, в результате того, что планета перешла с минимального расстояния на максимальное? Орбиту Венеры считать окуржностью радиусом 0,7 а.е.

Решение: Находим угловой диаметр Венеры для минимального и максимального расстояний в астрономических единицах и далее их простое отношение:

Получаем ответ: уменьшился в 5,6 раза.

Задача 4 (Вариант 4)

Условие: Какого углового размера будет видеть нашу Галактику (диаметр которой составляет 3 · 10 4 пк) наблюдатель, находящийся в галактике M 31 (туманность Андромеды) на расстоянии 6 · 10 5 пк?

Решение: Выражение, связывающее линейные размеры объекта, его параллакс и угловые размеры уже есть в решении первой задачи. Воспользуемся им и, слегка модифицировав, подставим нужные значения из условия:

Задача 5 (Вариант 5)

Условие: Разрешающая способность невооруженного глаза 2′. Объекты какого размера может различить космонавт на поверхности Луны, пролетая над ней на высоте 75 км?

Решение: Задача решается аналогично первой и четвертой:

Соответственно космонавт сможет различать детали поверхности размером в 45 метров.

Задача 6 (Вариант 6)

Условие: Во сколько раз Солнце больше Луны, если их угловые диаметры одинаковы, а горизонтальные параллаксы соответственно равны 8,8″ и 57′?

Решение: Это классическая задача на определение размера светил по их параллаксу. Формула связи параллакса светила и его линейных и угловых размеров неоднократно попадалась выше. В результате сокращения повторяющейся части получим:

В ответе получаем, что Солнце больше Луны почти в 400 раз.

«Существует лишь один безошибочный способ определения места и направления пути судна в море - астрономический, и счастлив тот, кто знаком с ним!», - этими словами Христофора Колумба мы открываем цикл очерков - уроков астронавигации.

Морская астронавигация зародилась в эпоху великих географических открытий, когда «на деревянных кораблях плавали железные люди», к на протяжении веков впитала опыт многих поколений мореплавателей. За последние десятилетия она обогатилась новыми измерительными и вычислительными средствами, новыми-методами решения навигационных задач; недавно появившиеся спутниковые навигационные системы по мере их дальнейшего развития сделают все трудности судовождения достоянием истории. Роль морской астронавигации (от греческого астрой - звезда) остается исключительно важной и в наши дни. Цель нашей серии очерков - познакомить судоводителей-любителей с доступными в условиях яхтенного плавания современными способами астрономического ориентирования, которые чаще всего используются в открытом море, но могут быть применены и в тех случаях прибрежного плавания, когда береговые ориентиры не видны или их не удается опознать.

Наблюдения небесных ориентиров (звезд, Солнца, Луны и планет) позволяют мореплавателям решать три основные задачи (рис. 1):

• 1) измерять время с достаточной для приближенного ориентирования точностью;
• 2) определять направление движения судна даже при отсутствии компаса и поправку компаса, если он имеется;
• 3) определять точное географическое место судна и контролировать правильность его пути.

Необходимость решения этих трех задач на яхте возникает вследствие неизбежных погрешностей в счислении ее пути по показаниям компаса и лага (или приближенно определяемой скорости). Большой дрейф яхты, достигающий при сильном ветре 10-15°, однако оцениваемый лишь глазомерно; непрерывно изменяющаяся скорость движения; управление «:по парусам» при следовании в бейдевинд, лишь с последующим фиксированием компасных курсов; влияние переменных течений; большое количество поворотов при лавировке, - это далеко не полный перечень причин, осложняющих навигацию на яхте! Если счисление не контролируется по наблюдениям светил, погрешность в счислимом месте даже у опытных яхтсменов может превысить несколько десятков миль. Ясно, что столь большая погрешность угрожает безопасности мореплавания, может привести к большим потерям ходового времени.

В зависимости от применяемых мореходных инструментов, пособий и вычислительных средств точность решения астронавигационных задач будет различной. Для возможности их решения в полном объеме и с вполне достаточной для плавания в открытом море точностью (погрешность места - не более 2-3 миль, в поправке компаса - не более 1°) необходимо иметь:

• навигационный секстан и хорошие влагозащищенные часы (лучше электронные или кварцевые);
• транзисторный радиоприемник для приема сигналов времени и микрокалькулятор типа «Электроника» (этот микрокалькулятор должен иметь ввод углов в градусной мере, обеспечивать вычисление прямых и обратных тригонометрических функций, выполнять все арифметические операции; наиболее удобна «Электроника» БЗ-34); при отсутствии микрокалькулятора можно пользоваться математическими таблицами или специальными таблицами «Высоты и азимуты светил» («ВАС-58»), изданными Главным управлением навигации и океанографии;
• морской астрономический ежегодник (МАЕ) или другое пособие для расчета координат светил.

Широкое распространение электронных часов, транзисторных радиоприемников и микрокалькуляторов сделало применение астрономических методов навигации доступным самому широкому кругу лиц без специальной штурманской подготовки. Неслучайно отмечается непрерывный рост спроса на морские астрономические ежегодники; это служит лучшим доказательством популярности астронавигации среди всех категорий мореплавателей и в первую очередь - среди моряков-любителей.

При отсутствии на судне какого-либо из перечисленных выше средств астронавигации сама возможность астронавигационного ориентирования сохраняется, но понижается его точность (оставаясь, однако, вполне удовлетворительной для многих случаев плавания на яхте). Кстати сказать, некоторые инструменты и вычислительные средства настолько просты, что могут быть изготовлены самостоятельно.

Астронавигация - это не только наука, но и искусство - искусство наблюдать светила в морских условиях и безошибочно выполнять вычисления. Пусть первоначальные неудачи вас не разочаровывают: немного терпения и появятся необходимые навыки, а вместе с ними придет высокое удовлетворение искусством плавания вне видимости берегов.

Все методы астронавигации, которые вы будете осваивать, многократно проверены на практике, они уже не раз сослужили хорошую службу морякам в самых критических ситуациях. Не откладывайте их освоение «на потом», овладевайте ими при подготовке к плаванию; успех похода решается на берегу!

Астронавигация, как и вся астрономия, - наука наблюдательная. Ее законы и методы выведены из наблюдений видимого движения светил, из зависимости между географическим местом наблюдателя и видимыми направлениями на светила. Поэтому изучение астронавигации мы и начнем с наблюдений светил - научимся их опознавать; попутно ознакомимся с необходимыми нам в дальнейшем началами сферической астрономии.

Небесные ориентиры

1. Навигационные звезды . Ночью при ясном небе мы наблюдаем тысячи звезд, однако в принципе каждую из них можно опознать, основываясь на ее расположении в группе соседних звезд - ее видимом месте в созвездии, на ее видимом блеске (яркости) и цвете.

Для ориентирования на море применяются лишь наиболее яркие звезды, их называют навигационными. Чаще всего наблюдаемые навигационные звезды перечислены в табл. 1; полный же каталог навигационных звезд имеется в МАЕ.

Картина звездного неба неодинакова в различных географических районах, в разные сезоны года и в разное время суток.

Приступая к самостоятельному поиску навигационных звезд в северном полушарии Земли, при помощи компаса определите направление на точку Севера, расположенную на горизонте (обозначена буквой N на рис. 2). Над этой точкой на угловом расстоянии, равном географической широте вашего места φ, расположена звезда Полярная - самая яркая среди звезд созвездия Малой Медведицы, образующих фигуру ковша с изогнутой ручкой (Малого Ковша). Полярную обозначают греческой буквой «альфа» и именуют α Малой Медведицы; она уже несколько столетий используется мореплавателями в качестве основного навигационного ориентира. При отсутствии компаса направление на север легко определяется как направление на Полярную.

В качестве масштаба для грубого измерения угловых расстояний на небосводе можно применять угол между направлениями от вашего глаза на кончики большого и указательного пальцев вытянутой руки (рис. 2); это примерно 20°.

Видимый блеск звезды характеризуется условным числом, которое называют звездной величиной и обозначают буквой m . Шкала звездных величин имеет вид:

Блеск m = 0 имеет наблюдаемая летом самая яркая звезда северного звездного неба - Вега (α Лиры) . Звезды первой величины - с блеском m = 1 в 2,5 раза слабее по яркости, чем Вега. Полярная имеет звездную величину около m = 2; это значит, что ее блеск примерно в 2,5 раза слабее блеска звезд первой величины или в 2,5 X 2,5 = 6,25 раза слабее блеска Веги, и т. п. Невооруженным глазом можно наблюдать только звезды ярче m
Звездные величины указаны в табл. 1; там же указан и цвет звезд. Надо, однако, учитывать, что цвет воспринимается людьми субъективно; кроме того, по мере приближения к горизонту блеск звезд заметно ослабевает, а их цвет смещается в красную сторону (из-за поглощения света в земной атмосфере). При высоте над горизонтом менее 5° большинство звезд вообще исчезает из видимости.

Земная атмосфера наблюдается нами в форме небесного свода (рис. 3), приплюснутого над головой. В морских условиях ночью расстояние до горизонта кажется примерно в два раза большим, чем расстояние до расположенной над головой точки зенита Z (от арабского замт - верх). Днем видимая приплюснутость небосвода может возрасти в полтора-два раза в зависимости от облачности и времени суток.

Вследствие очень больших расстояний до небесных светил они представляются нам равноудаленными и расположенными на небосводе. По этой же причине взаимное расположение звезд на небосводе изменяется очень медленно - наше звездное небо мало чем отличается от звездного неба Древней Греции. Лишь ближайшие к нам небесные тела - Солнце, планеты, Луна заметно перемещаются на фойе созвездий - фигур, образованных группами взаимонеподвижных звезд.

Сплюснутость небосвода приводит к искажению глазомерной оценки величины видимой высоты светила - вертикального угла h между направлением на горизонт и направлением на светило. Эти искажения особенно велики при малых величинах высот. Итак, еще раз отметим: наблюдаемая высота светила всегда больше истинной его высоты.

Направление на наблюдаемое светило определяется его истинным пеленгом ИП - углом в плоскости горизонта между направлением на Север и линией пеленга светила ОД, которая получается пересечением проходящей через светило вертикальной плоскости и плоскости горизонта. ИП светила измеряется от точки Севера по дуге горизонта в сторону точки Востока в пределах 0°-360°. Истинный пеленг Полярной равен 0° с погрешностью не более 2°.

Опознав Полярную, найдите на небосводе созвездие Большой Медведицы (см. рис. 2), которое иногда называют Большой Ковш: оно расположено на расстоянии 30°-40 от Полярной, причем все звезды этого созвездия - навигационные. Если вы научились уверенно опознавать Большую Медведицу, то сможете находить Полярную без помощи компаса - она находится по направлению от звезды Мерак (см. табл. 1) на звезду Дубге на удалении, равном 5 расстояниям между этими звездами. Симметрично Большой Медведице (относительно Полярной) расположено созвездие Кассиопеи с навигационными звездами Кафф (β) и Шедар (α). В морях, омывающих берега СССР, все упомянутые нами созвездия ночью видны над горизонтом.

Отыскав Большую Медведицу и Кассиопею, нетрудно опознать расположенные вблизи них другие созвездия и навигационные звезды, если воспользоваться картой звездного неба (см. рис. 5). При этом полезно знать, что дуга на небосводе между звездами Дубге и Беветнаш приближенно равна 25°, а между звездами β и ε Кассиопеи - около 15°; эти дуги также можно применять в качестве масштаба для приближенной оценки угловых расстояний на небе.

В результате вращения Земли вокруг своей оси наблюдается видимое нами вращение небосвода в сторону Запада вокруг направления на Полярную; каждый час звездное небо поворачивается на 1 ч = 15°, каждую минуту на 1 м = 15", а за сутки на 24 ч = 360°.

2. Годовое движение Солнца на небосводе и сезонные изменения вида звездного неба . В течение года Земля совершает в космическом пространстве один полный оборот вокруг Солнца. Направление с движущейся Земли на Солнце по этой причине непрерывно изменяется; Солнце описывает показанную на звездной карте (см. вкладку) пунктирную кривую, которую называют эклиптикой.

Видимое место Солнца совершает по эклиптике собственное годовое движение в направлении, противоположном видимому суточному вращению звездного неба. Скорость этого годового движения невелика и равна И/сутки (или 4 м/сутки). В разные месяцы Солнце проходит различные созвездия, образующие на небе зодиакальный пояс («круг животных»). Так, в марте Солнце наблюдается в созвездии Рыб , а далее последовательно в созвездиях Овна, Тельца, Близнецов, Рака, Льва, Девы, Весов, Скорпиона, Стрельца, Козерога, Водолея.

Созвездия, расположенные на одной полусфере с Солнцем, засвечиваются им и днем не видны. В полночь на юге видны созвездия, отстоящие от места Солнца в данную календарную дату на 180° = 12 ч.

Совокупность быстрого видимого суточного движения звезд и медленного годового движения Солнца приводит к тому, что наблюдавшаяся сегодня в данный момент картина звездного неба завтра будет видна на 4 м раньше, через 15 суток - на

раньше, через месяц - на 2 часа раньше, и т. д,

3. Географическое и видимое место светила. Карта звездного неба. Звездный глобус . Наша Земля имеет сферическую форму; теперь это наглядно доказывается ее снимками, выполненными космическими станциями.

В навигации полагают, что Земля имеет форму правильного шара, на поверхности которого место яхты определяют две географические координаты:

Географическая широта φ (рис. 4) - угол между плоскостью земного экватора eq и направлением отвесной линии (направлением силы тяжести) в точке наблюдений О. Этот угол измеряется дугой географического меридиана места наблюдателя (кратко - местного меридиана) еО от плоскости экватора в сторону ближайшего к месту наблюдений полюса Земли в пределах 0°-90°. Широта может быть северной (положительной) или южной (отрицательной). На рис. 4 широта места О равна φ = 43° N. Широта определяет положение географической параллели - малого круга, параллельного экватору.

Географическая долгота λ - угол между плоскостями начального географического меридиана (согласно международному соглашению он проходит через Гринвичскую обсерваторию в Англии - Г на рис. 4) и плоскостью местного меридиана наблюдателя. Этот угол измеряется дугой земного экватора е гр е в сторону Востока (или Запада) в пределах 0°-180°. На рис. 4 долгота места равна λ = 70° O st . Долгота определяет положение местного меридиана.

Направление местного меридиана в точке наблюдений О определяется направлением солнечной тени в полдень от отвесно установленного шеста; в полдень эта тень имеет кратчайшую длину, на горизонтальной площадке она образует полуденную линию N-S (см. рис. 3). Любой местный меридиан проходит через географические полюсы Р n и P s , а его плоскость - через ось вращения Земли P n P s и отвесную линию OZ.

Луч света от удаленного светила * приходит в центр Земли по направлению *Ц, пересекая земную поверхность в какой-то точке σ. Представим себе, что из центра Земли произвольным радиусом описана вспомогательная сфера (небесная сфера). Этот же луч пересечет небесную сферу в точке σ". Точку σ называют географическим местом светила (ГМС), а точку σ" - видимым местом светила на сфере. По рис. 4. видно, что положение ГМС определяют географическая шпрота φ* и географическая долгота λ*.

Аналогично определяется положение видимого места светила на небесной сфере:

• дуге меридиана ГМС φ* равна дуга δ небесного меридиана, проходящего через видимое место светила; эта координата па сфере называется склонением светила, оно измеряется так же, как широта;
• дуга земного экватора λ* равна дуге t гр небесного экватора; на сфере эта координата называется гринвичским часовым углом, он измеряется так же, как долгота, или, в круговом счете - всегда в сторону Запада, в пределах от 0° до 360°.

Координаты δ и t гр называют экваториальными; их тождественность с географическими еще более видна, если предположить, что на рис. 4 радиус небесной сферы будет равен радиусу земного шара.

Положение меридиана видимого места светила на небесной сфере можно определить не только относительно небесного гринвичского меридиана. Примем за начало отсчета ту точку небесного экватора, в которой Солнце видно 21 марта. В этот день начинается весна для северного полушария Земли, день равен ночи; упомянутая точка именуется точкой Весны (или точкой Овна) и обозначается знаком Овна - ♈, как показано на звездной карте.

Дуга экватора от точки Весны до меридиана видимого места светила, считаемая в сторону видимого суточного движения светил от 0° до 360°, называется звездным углом (или звездным дополнением) и обозначается τ*.

Дуга экватора от точки Весны до меридиана видимого места светила, считаемая в сторону собственного годового движения Солнца по небесной сфере, называется прямым восхождением α (на рис. 5 оно дано в часовой мере, а звездный угол - в градусной мере). Координаты навигационных звезд показаны в табл. 1; очевидно, что, зная τ°, всегда можно найти

и наоборот.

Дуга небесного экватора от местного меридиана (его полуденной части P n ZEP s) до меридиана светила называется местным часовым углом светилам обозначается t. По рис. 4 видно, что всегда t отличается от t гр на величину долготы места наблюдателя:

при этом восточная долгота прибавляется, а западная - вычитается, если t гр взят в круговом счете.

Вследствие видимого суточного движения светил их часовые углы непрерывно изменяются. Звездные углы по этой причине не изменяются, так как начало их отсчета (точка Весны) вращается вместе с небосводом.

Местный часовой угол точки Весны называют звездным временем; оно всегда измеряется в сторону Запада от 0° до 360°. Глазомерно его можно определить по положению на небосводе меридиана звезды Кафф (β Кассиопеи) относительно местного небесного меридиана. По рис. 5 видно, что всегда

Потренируйтесь в глазомерном определении экваториальных координат δ и t наблюдаемых вами на небосводе светил. Для этого по Полярной определите положение на горизонте точки Севера (рис. 2 и 3), затем найдите точку Юга. Вычислите дополнение широты вашего места Θ = 90° - φ (например, в Одессе Θ = 44°, а в Лениграде Θ = 30°). Полуденная точка экватора Е расположена над точкой Юга на угловом расстоянии, равном Θ; она всегда является началом отсчета часового угла. Экватор на небосводе проходит через точку Востока, точку Е и точку Запада.

Полезно знать, что при δ N > 90° - φ N светило в северном полушарии Земли всегда движется над горизонтом, при δ 90° - φ N оно не наблюдается.

Механической моделью небесной сферы, воспроизводящей вид звездного неба и все рассмотренные выше координаты, является звездный глобус (рис. 6). Этот навигационный прибор очень полезен в дальнем плавании: при его помощи можно решать все задачи астронавигационного ориентирования (при угловой погрешности результатов решения не более 1,5-2° или при погрешности во времени не более 6-8 мин. Перед работой глобус устанавливают по широте места наблюдений (показано на рис. 6) и по местному звездному времени t γ . правила вычисления которого на срок наблюдений будут пояснены далее.

При желании упрощенный звездный глобус можно изготовить из школьного глобуса, если нанести на его поверхность видимые места звезд, руководствуясь табл. I и картой звездного неба. Точность решения задач на таком глобусе будет несколько ниже, но достаточна для многих случаев ориентирования по направлению движения яхты. Заметим также, что звездная карта дает прямое изображение созвездий (так, как их видит наблюдатель), а на звездном глобусе видны их обратные изображения.

Опознавание навигационных звезд

Из бесчисленного числа звезд невооруженным глазом легко наблюдаются всего лишь около 600, показанных на карте звездного неба в Морском Астрономическом Ежегоднике. Эта карта дает обобщенную картину того, что вообще может наблюдать мореплаватель на темном ночном небе. Для ответа на вопрос, где и как искать те или иные навигационные звезды в определенном географическом районе, служат приводимые ниже (рис. 1-4) сезонные схемы звездного неба: они охватывают вид звездного неба для всех морей страны и составлены на основе звездной карты МАЕ; на них указаны положение и собственные имена всех 40 навигационных звезд, упомянутых в таблице в предыдущем очерке.

Каждая схема соответствует вечерним наблюдениям в определенное время года: весной (рис. 1), летом (рис. 2), осенью (рис. 3), и зимой (рис. 4) либо - утренним наблюдениям весной (рис. 2), летом (рис. 3), осенью (рис. 4) и зимой (рис. 1). Каждая сезонная схема может быть использована и в другое время года, но уже в другое время суток.

Для выбора подходящей к намеченному времени наблюдений сезонной схемы служит табл. 1. Входить в эту таблицу надо по ближайшей к намеченной вами календарной дате наблюдений и так называемому «меридианному» времени суток Т М.

Меридианное время с допустимой погрешностью не более получаса можно просто получить, уменьшив принятое на территории СССР с 1981 г. зимнее время на 1 час, а летнее время - на 2 часа. Правила расчета Т морских условиях по принятому на борту яхты судовому времени поясняются в приводимом ниже примере. В двух нижних строках таблицы для каждой сезонной схемы указаны соответствующее ей звездное время t М и отсчет звездного угла τ К по шкалам звездной карты МАЕ; эти величины позволяют определить, какой из меридианов звездной карты в намеченное время наблюдений совпадает с меридианом вашего географического места.

При первоначальном освоении правил опознавания навигационных звезд необходимо подготовиться к наблюдениям заранее; используются и карта звездного неба, и сезонная схема. Ориентируем звездную карту на местности; от точки юга на горизонте по небосводу в сторону северного полюса мира расположится тот меридиан экваториальной звездной карты, который оцифрован величиной t М, т. е. для наших сезонных схем - 12 Ч, 18 Ч, 0(24) Ч и 6 Ч. Этот меридиан и показан пунктиром на сезонных схемах. Полуширина каждой из схем составляет примерно 90° = 6 Ч; поэтому, спустя в часов вследствие вращения звездного неба к западу пунктирный меридиан сместится к левой кромке схемы, а ее центральные созвездия - к правой.

Экваториальная карта охватывает звездное небо между параллелями 60° N и 60° S, но не все показанные на ней звезды обязательно будут видны в вашей местности. Над головой, вблизи зенита, видны те созвездия, у которых склонения звезд близки по величине к широте места (и «одноименны» с ней). Например, в широте φ = 60° N при t М = 12 Ч над головой располагается созвездие Большой Медведицы. Далее, как уже было пояснено в первом очерке, можно утверждать, что при φ = 60° N никогда не будут видны звезды, расположенные южнее параллели со склонением δ = 30° S, и т. п.

Для наблюдателя в северных географических широтах экваториальная звездная карта показывает преимущественно те созвездия, которые наблюдаются на южной половине небосвода. Для выяснения видимости созвездий на северной половине небосвода служит северная полярная карта, охватывающая участок, очерченный из северного полюса мира радиусом 60°. Иначе говоря, северная полярная карта перекрывает экваториальную карту в широком поясе между параллелями 30° N и 60° N. Для ориентирования полярной карты на местности необходимо ее меридиан, оцифрованный найденной по табл. 1 величиной τ, расположить над головой так, чтобы он совпал с направлением от зенита к северному полюсу мира.

Поле зрения глаз человека примерно равно 120-150°, так что, если вы смотрите на Полярную, то в поле зрения будут все созвездия северной полярной карты Над горизонтом всегда видны те северные созвездия, звезды которых имеют склонения δ > 90° - φ и «одноименны» с широтой. Например, на широте φ = 45° N незаходящими являются звезды, у которых склонения более δ = 45° N, а на широте φ = 60° N - те звезды, у которых δ > 30° N. и т. п.

Напомним, что все звезды на небе имеют одинаковые размеры - они видны как светящиеся точки и различаются лишь по силе блеска и цветовому оттенку. Размеры кружков на звездной карте указывают не видимый размер звезды на небе, а относительную силу ее блеска - звездную величину. Кроме того, изображение созвездия всегда несколько искажается при развертывании поверхности небесной сферы на плоскость карты. По этим причинам вид созвездия на небе несколько отличается от вида его на карте, однако это не создает существенных затруднений при опознании звезд.

Научиться опознавать навигационные звезды нетрудно. Для плавания в период вашего отпуска вполне достаточно знать расположение десятка созвездий и входящих в них навигационных звезд из числа указанных в табл. 1 первого очерка. Две-три предпоходные ночные тренировки придадут вам уверенность при ориентировании по звездам в море.

Не пытайтесь опознавать созвездия, отыскивая на себе фигуры мифических героев или животных, соответствующие их заманчиво звучащим наименованиям. Можно, конечно, догадаться, что созвездия северных животных - Большой Медведицы и Малой Медведицы чаще всего следует искать в направлении на север, а созвездие южанина Скорпиона - на южной половине небосвода. Однако фактически наблюдаемый вид тех же северных созвездий-«медведиц» лучше передают известные стихи:

Две медведицы смеются:
- Эти звезды вас надули?
Нашим именем зовутся,
А похожи на кастрюли.

Большую Медведицу при опознании звезд удобнее именовать Большим Ковшом, что мы и будем делать. Желающих узнать подробности о созвездиях и их наименованиях отсылаем к превосходному «звездному букварю» Г. Рея и интересной книге Ю. А. Карпенко .

Для мореплавателя практическим путеводителем по звездному небу могут служить схемы - указатели навигационных звезд (рис. 1-4), показывающие расположение этих звезд относительно легко опознаваемых по звездным картам нескольких опорных созвездий.

Основным опорным созвездием является Большая Медведица, ковш которой в наших морях всегда виден над горизонтом (при широте места более 40° N) и легко опознается даже без карты. Запомним собственные имена звезд Большого Ковша (рис. 1): α - Дубге, β - Мерак, γ - Фекда, δ - Мегрец, ε - Алиот, ζ - Мицар, η - Бенетнаш. Вы уже знаете семь навигационных звезд!

По направлению линии Мерак - Дубге иа расстоянии около 30° расположена, как мы уже знаем, Полярная - конец ручки ковша Малой Медведицы, в донышке которого виден Кохаб.

На линии Мегрец - Полярная и на таком же расстоянии от Полярной видна «девичья грудь» Кассиопеи и ее звезды Кафф и Шедар.

По направлению Фекда - Мегрец и на расстоянии около 30° найдем звезду Денеб, расположенную в хвосте созвездия Лебедя - одного из немногих, хоть в какой-то мере соответствующих по конфигурации своему названию.

По направлению Фекда - Алиот в области, удаленной примерно на 60°, видна самая яркая северная звезда - голубая красавица Вега (а Лиры).

По направлению Мицар - Полярная и на расстоянии около 50°-60° от полюса располагается созвездие Андромеды - цепочка из трех звезд: Альферрац, Мирах, Аламак одинаковой яркости.

По направлению Мирах - Аламак на таком же расстоянии виден Мирфак (α Персея).

По направлению Мегрец - Дубге на расстоянии около 50° видна пятиугольная чаша Возничего и одна из наиболее ярких звезд - Капелла.

Мы нашли таким образом почти все навигационные звезды, видимые на северной половнне нашего небосвода. Пользуясь рис. 1, стоит потренироваться в поисках навигационных звезд сначала на звездных картах. Тренируясь «на местности», держите рис. 1 «вверх ногами», направив значком * к точке N.

Перейдем к рассмотрению навигационных звезд на южной половине весеннего небосвода на том же рис. 1.

По перпендикуляру к днищу Большого Ковша на расстоянии около 50° располагается созвездие Льва, в передней лапе которого расположен Регул, а на кончике хвоста - Денебола Некоторым наблюдателям это созвездие напоминает не льва, а утюг с отогнутой ручкой. По направлению хвоста Льва расположено созвездие Девы и звезда Спика. Южнее созвездия Льва в бедной звездами области у экватора будет заметен неяркий Альфард (а Гидры).

На линия Мегрец - Мерак на расстоянии около 50° видно созвездие Близнецов- две яркие звезды Кастор и Поллукс. На одном меридиане с ними и ближе к экватору виден яркий Процион (α Малого Пса).

Двигаясь взглядом по изгибу ручки Большого Ковша, на расстоянии около 30° увидим ярко-оранжевый Арктур (α Волопаса - созвездия, напоминающего парашют над Арктуром). Рядом с этим парашютом видна небольшая и неяркая чаша Северной Короны, в которой выделяется Альфакка,

Продолжая направление этого же изгиба ручки Большого Ковша, неподалеку от горизонта обнаружим Антарес - яркий красноватый глаз созвездия Скорпиона.

Летним вечером (рис. 2) на восточной стороне небосвода хорошо заметен «летний треугольник», образованный яркими звездами Вега, Денеб и Альтаир (α Орла). Созвездие Орла в виде ромба легко отыскивается по направлению полета Лебедя. Между Орлом и Волопасом наблюдается неяркая звезда Рас-Альхаге из созвездия Змееносца.

В осенние вечера на юге наблюдается «Квадрат Пегаса», образованный уже рассмотренной нами звездой Альферрац и тремя звездами из созвездия Пегаса: Маркаб, Шеат, Альгениб. Квадрат Пегаса (рис. 3) легко отыскивается на линии Полярная - Кафф на расстоянии около 50° от Кассиопеи. Относительно же Квадрата Пегаса просто найти созвездия Андромеды, Персея и Возничего к востоку, а созвездия «летнего треугольника» - к западу.

Южнее Квадрата Пегаса вблизи горизонта видны Дифда (β Кита) и Фомальхаут - «рот Южной Рыбы», которую намерен проглотить Кит.

На линии Маркаб - Альгеинб иа расстоянии около 60° виден яркий Альдебаран (α Тельца) в характерных «брызгах» мелких звезд. Между созвездиями Пегаса и Тельца расположен Хамал (α Овна).

На богатой яркими звездами южной половине зимнего неба (рис. 4) легко ориентироваться относительно красивейшего созвездия Ориона, которое опознается без карты. Созвездие Возничего расположено посередине между Орионом и Полярной. Созвездие Тельца находится на продолжении дуги пояса Ориона (образованного «тремя сестрами»-звездами ζ, ε, δ Ориона) на расстоянии около 20°. На южном продолжении той же дуги на расстоянии около 15° сверкает самая яркая звезда - Сириус (α Большого Пса). По направлению γ - α Ориона на расстоянии 20° наблюдается Порцион.

В созвездии Ориона навигационными звездами являются Бетельгейзе и Ригель.

Следует иметь в виду, что вид созвездий может искажаться появляющимися в них планетами - «блуждающими звездами». Положение планет на звездном небе в 1982 г. указано в приводимой табл. 2 Так, изучив эту таблицу, мы установим, что, например, в мае Венера вечером будет не видна, Марс и Сатурн - исказят вид созвездия Девы, а неподалеку от них в созвездии Весов будет виден очень яркий Юпитер (редко наблюдаемый «парад планет»). Сведения о видимых местах планет даются на каждый год в МАЕ и Астрономическом календаре издательства «Наука». Их надо наносить на звездную карту при подготовке к походу, используя указанные в этих пособиях прямые восхождения и склонения планет на дату наблюдений.

Приводимые сезонные схемы - указатели навигационных звезд (рис. 1-4) наиболее удобны для работы в сумерки, когда отчетливо видны горизонт и лишь наиболее яркие звезды. Изображаемые на картах звездного неба конфигурации созвездий могут быть обнаружены только после наступления полной темноты.

Поиск навигационных звезд должен быть осмысленным, вид созвездия надо научиться воспринимать в целом - как образ, картину. Человек быстрее и легче опознает то, что он предполагает увидеть. Именно поэтому при подготовке к плаванию надо изучать звездную карту так же, как турист изучает по карте маршрут прогулки по незнакомому городу.

Выходя иа наблюдения, возьмите с собой звездную карту и указатель навигационных звезд, а также карманный фонарь (его стекло лучше покрыть красным лаком для ногтей). Компас будет полезен, но можно обойтись и без него, определив направление на Север по Полярной. Подумайте о том, что послужит «масштабной линейкой» для оценки угловых расстояний на небосводе. В угле, под которым виден удерживаемый в вытянутой руке и перпендикулярный к ней предмет, содержится столько градусов, сколько сантиметров имеет этот предмет в высоту. На небосводе расстояние между звездами Дубге и Мегрец равно 10°, между звездами Дубге и Бенетнаш - 25°, между крайними звездами Кассиопея - 15°, восточная сторона Квадрата Пегаса - 15°, между Ригелем и Бетельгейзе - около 20°.

Выйдя на местность в назначенное время - сориентируйтесь в направления на Север, Восток, Юг я Запад. Найдите я опознайте созвездие, проходящее над вашей головой,- через зенит или вблизи него. Сделайте привязку к местности сезонной схемы и экваториальной карты - по точке S и направлению местного небесного меридиана, перпендикулярному к линии горизонта в точке S; привяжите к местности северную полярную карту - по линии ZP . Найдите опорное созвездие - Большую Медведицу (Квадрат Пегаса или Орион) и попрактикуйтесь в опознания навигационных звезд. При этом надо помнить об искажениях величин визуально наблюдаемых высот светил вследствие сплюснутости небосвода, об искажениях цвета звезд на малых высотах, о кажущемся увеличении размеров созвездий вблизи горизонта и уменьшении по мере приближения к зениту, об изменении положения фигур созвездий в течение ночи относительно видимого горизонта из-за вращения неба.

А. Вычисление меридианного времени

Б. Пример расчета меридианного времени и выбора сезонной схемы звездного неба

8 мая 1982 г. в Балтийском море (широта φ = 59,5° N; долгота λ = 24,8° O st намечены наблюдения звездного неба в момент Т С = 00 Ч 30 М по стандартному (летнему московскому) времени. Подобрать и сориентировать звездную карту и указатель навигационных звезд.

На берегу приближенно можно принимать Т М, равным летнему, уменьшенному на 2 ч. В нашем примере:

Во всех случаях, когда стандартное время наблюдений Т С меньше № С, перед выполнением вычитания надо увеличить Т С на 24 Ч; при этом всемирная дата получится меньше местной на единицу. Если же окажется, что после выполнения сложения Т гр оказалось более 24 Ч, надо отбросить 24 Ч я дату результата увеличить на единицу. Это же правило применяется при вычислении Т М по Г гр и λ.

Выбор сезонной схемы и ее ориентировка

Местной дате 7 мая и моменту Т М = 22 Ч 09 М согласно табл. 1 ближе всего соответствует сезонная схема на рис. 1. Но эта схема построена для Т М = 21 Ч 7 мая, а мы будем вести наблюдения на 1 Ч 09 М позже (в градусной мере 69 М: 4 М = 17°). Поэтому местный меридиан (линия S - P N) расположится левее центрального меридиана схемы на 17° (если бы мы наблюдали не позже, а раньше, то местный меридиан сместился бы вправо).

В нашем примере через местный меридиан будет проходить созвездие Девы над точкой Юга и созвездие Большой Медведицы возле зенита, иад точкой Севера расположится Кассиопея (см. звездную карту для tγ = 13 Ч 09 М и τ К = 163°).

Для опознания навигационных звезд послужит ориентировка относительно Большой Медведицы (рис. 1).

Примечания

1. Слабые по блеску созвездия Рыб и Рака на карте не показаны.

2. Названия этих книг. Г. Рей. Звезды. М., «Мир», 1969. (168 с.); Ю. А, Карпенко, Названия звездного неба, М., «Наука», 1981 (183 с.).