Звездный свет [1988 Звеньева С.В. - В мире солнечного света]

Вряд ли найдется человек, который не любовался бы красотой ночного неба, усеянного звездами. Глядя на звезды, невольно проникаешься чувством восхищения перед величием мира и, даже в наш космический век, ощущаешь что-то таинственное, неизвестное, лежащее в необъятных просторах Вселенной.

Давайте, читатель, совершим вместе прогулку под ночным звездным небом и рассмотрим другие источники освещения земной поверхности в ночное время. В самые первые минуты, когда мы только покинули освещенное помещение, мы видим лишь самые яркие звезды. Постепенно, по мере того как глаз привыкает к темноте, начинаем различать и более слабые звезды. Проходит еще несколько минут, и звезд мы видим все больше и больше. Нам, как в свое время великому М. В. Ломоносову, открывается "... бездна звезд полна; / Звездам числа нет, бездне дна!" А тем временем строения и другие предметы окружающие нас на Земле, которые мы воспринимали сначала в виде едва различимых силуэтов, становятся видны уже довольно отчетливо.

Задумывались ли вы, читатель, чем освещены все наземные предметы в безлунную ночь? Ну, конечно же, звездами! Это первое, что приходит на ум любому человеку. И действительно, в ясную, достаточно темную ночь на небе светит множество звезд, и звезды так далеки, так недоступны, кажется, что нет никакой возможности не только что-либо узнать об их природе, но просто сосчитать их!?

В литературе часто употребляется выражение "мириады звезд". Однако "мириады" - преувеличение. В действительности оказывается, что даже при самой большой прозрачности атмосферы в темную ночь невооруженным глазом можно увидеть и различить на половине небосвода, доступной наблюдению (другая находится за горизонтом), около 2000 звезд. Близко расположенные звезды мы мысленно объединяем в созвездия. В расположении отдельных групп звезд человек с древнейших времен искал и угадывал знакомые ему очертания людей, животных, предметов. Так возникли названия созвездий: Большая Медведица, Геркулес, Кит и другие. На всем небосводе 88 созвездий. В средних широтах одновременно можно видеть не более 20.

На рис. 15.1 представлены созвездия зимнего неба, видные на широте 40° с., изображенные американским ученым Г. Реем.^* Рей остроумно и изобретательно придал старым созвездиям новые очертания, соединив звездочки прямыми линиями так, что получились узнаваемые очертания животных и людей, вместо непонятных геометрических фигур, какими они изображались при случайном соединении линиями тех же самых звезд.

Рис. 15.1. Созвездия зимнего неба на широте 40°С Из книги Г. Рея 'Звезды'

Действительное годовое движение Земли вокруг Солнца относительно неподвижного небосвода приводит к тому, что наблюдатель на Земле видит Солнце на фоне разных созвездий. Пояс на небесной сфере, вдоль которого осуществляется видимое годовое движение Солнца, называется поясом Зодиака (рис. 15.2), а линия видимого годового пути Солнца называется эклиптикой. "Зодиак" по-гречески означает "звериный круг". В него входят 12 зодиакальных созвездий. В древние времени (более 4000 лет назад) все зодиакальные созвездия имели названия животных.

В ясные безлунные ночи на небосводе видно скопление звезд в виде светлой полосы с неровными краями, будто разлитое по темному небу молоко. Это Млечный Путь или наша Галактика. "Галактика" в переводе с греческого тоже означает "молочный". На рис. 15.2 Млечный Путь изображен изогнутой полосой, состоящей из огромного количества звездочек. В области Млечного Пути находится подавляющее большинство ярких звезд.

Рис. 15.2. Годовое движение Солнца по 12 созвездиям Зодиака. Направление движения показано стрелкой

Расстояния до звезд и других далеких объектов Вселенной настолько велики, что их неудобно измерять даже в миллионах километров. Пришлось бы писать очень много нулей. Поэтому применяют специальную единицу длины, своеобразный "космический метр", называемый световым годом.

Световой год - это расстояние, которое свет проходит за год, двигаясь со скоростью 300000 км/с. Он составляет около 10 тыс. млрд. км, т. е. 10¹² км. Свет от Солнца доходит до Земли за 8,5 мин. Свет от ближайшей к нам звезды Альфа Центавра (на небе южного полушария) - за 4,3 световых года, от Сириуса - за 8 световых лет, от Проциона за 12. Подавляющее большинство звезд находятся от Земли и друг от друга на значительно больших расстояниях.

Подсчет общего числа звезд, видимых в телескопы, и составление звездных каталогов оказалось невероятно трудной задачей, так как чем сильнее телескоп, тем* большее число слабых звезд в нем видно. Первая попытка подсчитать общее количество звезд была осуществлена еще в конце XVIII в. В. Гершелем. В 50 - 60-е годы нашего века работы по подсчетам числа звезд были завершены со всей возможной тщательностью на современных телескопах голландцем Б. Я. Боком и его учениками в Гарвардском университете (США).

Первые попытки оценить участие всех звезд в освещении земной поверхности ночью были сделаны еще в 1901 г. американским астрономом Ньюкомбом. Они привели его к странному результату. У него получилось, что все звезды вместе взятые не могут создать и половины освещенности, наблюдаемой на Земле в безлунную ночь. Подсчетами освещенности, создаваемой звездами, занимались и после Ньюкомба, но почти во всех случаях оказывалось, что света звезд явно недостаточно. Было высказано предположение, что имеется много слабых звезд, недоступных нашему наблюдению, но посылающих свой свет на Землю. Однако дальнейшие исследования опровергли это предположение. По мере совершенствования телескопов уточнялись и наши представления о количестве звезд каждой звездной величины^* и об их блеске.

^* (Звездная величина - мера, характеризующая блеск звезд. Блеск звезды - величина, характеризующая освещенность, которую звезда создает на внешней границе атмосферы. Переход от одной звездной величины к следующей по номеру соответствует изменению блеска в 2,5 раза.)

Невооруженным глазом высоко в горах можно увидеть звезды до 6-й звездной величины, на уровне моря - до 5-й, а в современные телескопы - до величины 18,8. На всем небосводе насчитывается звезд: ярче 5-й величины - 1620, ярче 6-й - 4850 и ярче 18,8 - 5 ⋅ 10⁸. Это, на первый взгляд, невероятно большое количество - полмиллиарда, как теперь установили астрофизики, составляет менее 2% от общего числа звезд, находящихся в нашей Галактике! Полное количество звезд в Галактике оценивается в 3 ⋅ 10¹⁰. Участие самых ярких звезд 1-й и 2-й величин в освещении Земли составляет менее 1% (рис. 15.3). Поэтому яркие звезды не мешают фотографированию ночного неба. При длительной многочасовой экспозиции они не засвечивают всей пластинки. Их следы на пластинке имеют вид тонких светлых линий. Если бы вдруг все яркие звезды погасли, мы бы даже и не заметили, что стало темнее. Звезд больших звездных величин много, но они находятся далеко от нас и с увеличением номера звездной величины уменьшается их роль в освещении Земли. Вот и возникает некоторый парадокс! Из всех звезд основную освещенность на Земле создают звезды 10-й - 15-й величины, не видимые глазом!

Рис. 15.3. Участие звезд различных видимых звездных величин в освещении земной поверхности ночью (для области Млечного Пути). Составлено по звездному каталогу обсерватории Маунт-Вилсон (США)

Средняя поверхностная яркость звездного неба, которая получилась бы, если все звезды "размазать" по небу равномерно, составляет 5-10-14 яркости Солнца. Но звезды распределены по небу неравномерно, большая их часть находится в области Млечного Пути. Поэтому яркость неба в Млечном Пути примерно в 9 раз больше, чем у галактического полюса. Роль же планет в освещении земной поверхности ничтожно мала.