Navigare necesse est

Начнем с главного – с тех постоянных практических нужд, которые заставляли людей древнего мира из поколения в поколение следить за полной звезд бездной ночного неба.

Человек, за редчайшими исключениями, проводит свою сознательную жизнь в кругу других людей. Кто бы он ни был – юноша или умудренный опытом старец, гладиатор или патриций, землепашец или полководец, каждый человек ощущает себя частицей какой-то ячейки общества, членом какого-то коллектива. Точно так же и коллектив людей – будь то рабочие одного цеха или ученики одного класса, жители небольшого селения или граждане могущественного древнего города-государства, любой коллектив постоянно живет в контакте с другими подобными коллективами: они делятся опытом, обмениваются плодами своего труда, соревнуются или, наоборот, враждуют между собой.

Целые народы тоже поддерживают связи с далекими и близкими соседями. Все такие связи – главное условие развития человеческой цивилизации. Они необходимы людям. Они всегда были и всегда будут. И длительные путешествия ученых, и торговля, и поездки послов «к соседям в чуждые пределы» приобретали огромное значение для каждого народа уже на самых ранних этапах его истории. Однако спешит ли посольство из Вавилона в Мемфис, тянется ли по великому шелковому пути торговый караван, или ведет несметную армию на покорение Аттики воинственный царь Дарий, – кто укажет им путь среди бескрайних необжитых просторов степей и пустынь?

Предельно остро такая проблема встает перед мореходами. Тают в дымке очертания родных берегов. Море, море и только море обступает смельчаков со всех сторон. Здесь нет вообще никаких земных ориентиров. И тем не менее, как любили говорить в Древнем Риме, navigare necesse est – вести корабль необходимо.

Опыт и накопленные поколениями астрономические знания должны помочь успеху плавания. Словно дорожные знаки на безлюдных морских перекрестках, Солнце, Луна и «путеводные звезды» выведут отважных мореходов к намеченной цели.

Гомер описывает плавание Одиссея. Искусный кормчий, твердо правя рулем, внимательно следит Одиссей за восходами и заходами светил:

… Зорко Плеяд наблюдал он и поздний заход Волопаса,

Также Медведицу – ту, что иначе зовут Колесницей,

С нею Каллипсо, богиня богинь, Одиссею велела

Путь соглашать свой, ее оставляя по левую руку…

Именно так, «соглашая свой путь» со звездами, оставляя их то по левую, то по правую руку, бороздили Средиземноморье финикийцы и греки, египтяне и ромеи. Но для этой цели им необходимо было сначала разобраться в особенностях видимого перемещения всего звездного свода.

Вследствие вращения Земли ночное небо, словно гигантский купол с нарисованными на нем причудливыми узорами созвездий, медленно вращается вокруг воображаемой неподвижной оси. Эта ось называется осью мира. Смещения звезд за короткие промежутки времени на глаз незаметны. Но если сравнивать их последовательные положения хотя бы через 20-30 мин, то вращение небесного свода становится совершенно очевидным.

Поскольку видимое вращение небесного свода вызвано на деле суточным вращением Земли, то ось мира для наблюдателя в любой точке поверхности всегда остается параллельной оси вращения Земли.

На небе можно отыскать как бы два «конца» воображаемой оси мира – те две неподвижные точки, вокруг которых и вращаются все звезды. Одна из этих точек видна лишь в северном полушарии Земли и зовется северным полюсом мира. Другая неподвижная точка видна только в южном полушарии. Она называется южным полюсом мира. Вблизи от южного полюса мира никаких ярких звезд нет. Поэтому найти его положение на небе неопытному наблюдателю затруднительно. А вблизи от северного полюса мира заметная звезда оказалась. Ее назвали Полярной звездой.

Итак, представим себе древнего исследователя, наблюдающего за звездным небом в средних широтах северного полушария Земли.

Часть звезд – те из них, которые находятся высоко над головой поблизости от Полярной, – видны на небе в любую ясную ночь. Они кружатся по небу, но никогда не заходят за горизонт. Это так называемые, незаходящие звезды. Однако большинство звезд, подобно Солнцу, восходит и заходит.

Наблюдаемое движение светил по небесной сфере в течение суток

Звезды восходят в восточной стороне горизонта. Затем они медленно поднимаются все выше и выше. В некоторой точке они достигают максимальной высоты над горизонтом, после чего начинают столь же медленно спускаться вниз.

В положенное время – вследствие того же вращения всего небесного свода – из-под горизонта появляется Солнце. Наступает утро. Толща земной атмосферы рассеивает солнечные лучи, и небо становится голубым. Свет звезд теряется на ярком фоне дневного неба. Но вращение небесного свода, естественно, продолжается. Мы видим, как движется Солнце; другие звезды также продолжают восходить и заходить, только днем эти явления невооруженным глазом не наблюдаются.

Поведение Солнца в его суточном вращении в точности повторяет поведение звезд. Вставая утром, Солнце начинает набирать высоту. В истинный полдень высота его максимальна, а во второй половине дня оно клонится все ниже и ниже к горизонту. Внимательный исследователь должен заметить, что и звезды, и Солнце достигают наибольшей высоты, проходя через одну и ту же воображаемую линию на небосводе. Пересечение этой воображаемой линии с линией горизонта с давних пор получило название точки юга. А прохождение светила через эту линию названо в астрономии верхней кульминацией светила.

Когда же звезды и Солнце проходят через противоположную часть этой линии, высота их минимальна; тогда они находятся в нижней кульминации. В средних широтах нижняя кульминация Солнца не видна, здесь в это время наступает ночь. Наблюдать ее можно лишь за полярным кругом во время полярного дня. Нижняя кульминация светил происходит в северной части неба. Точкой севера называют ту точку горизонта, которая противоположна точке юга.

Помимо суточного вращения вокруг собственной оси, Земля обращается еще вокруг Солнца. Один оборот по орбите вокруг Солнца она делает за год. Отражением годового движения Земли является так называемое собственное движение Солнца.

Мы все время подчеркиваем, что звездное небо вращается как единое целое, – как если бы созвездия были нарисованы на небесном своде. А положение Солнца, в отличие от положений звезд, не остается одним и тем же. Солнце переходит из одного созвездия в другое. Мы уже говорили, что созвездия, по которым движется Солнце, называются зодиакальными. Их 12, и в пределах каждого из зодиакальных созвездий Солнце находится в среднем по месяцу. Линия, по которой происходит видимое перемещение Солнца среди звезд, называется эклиптикой.

За год, двигаясь против часовой стрелки с запада на восток, Солнце совершает полный круг по зодиакальным созвездиям, и вся картина начинает повторяться в прежнем порядке.

Как следует из всего сказанного, видимые движения звезд и Солнца на небе несколько различаются. Звезды вращаются только вместе со всем небесным сводом. А Солнце не только изо дня в день вращается вместе со звездами, но одновременно еще и сдвигается относительно звезд с запада на восток.

Рассмотрим такой случай. Пусть в какой-то день центр Солнца в момент верхней кульминации точно совпадает с определенной звездой. Конечно, увидеть этого нельзя, поскольку, во-первых, из-за яркости неба звезды вблизи Солнца совершенно не видны, и, во-вторых, будучи гораздо ближе к Земле, чем звезды, Солнце попросту загораживает собой звезды. Однако мысленно представить себе всю эту картину можно.

Итак, пусть, для примера, центр Солнца в момент верхней кульминации совпадает со звездой Регул из созвездия Льва. Пройдет около 23 часов 56 минут, и, двигаясь по небу слева направо, с востока на запад, сделав один полный круг по небесной сфере, Регул вновь попадет в положение верхней кульминации. Но Солнце тем временем, двигаясь собственным движением, успеет отойти чуть влево, к востоку от того положения, которое оно занимало накануне. И верхняя кульминация Солнца произойдет примерно на 4 минуты позже верхней кульминации Регул а.

На следующий день Солнце отстанет от Регула уже на 8 минут, еще через день на 12, и разница с каждым днем будет накапливаться.

Но ведь распорядок жизни на Земле связан вовсе не с движением звезд, а с движением Солнца. От Солнца зависит смена дня и ночи. Основная природная единица времени – сутки. Сутками мы называем период одного оборота Солнца на небе, скажем, промежуток времени между его двумя последовательными верхними кульминациями, от полудня до полудня. Вот и получается, что для земного наблюдателя не Солнце опаздывает относительно звезд, а звезды торопятся, с каждым днем в своем вращении все больше и больше опережая Солнце. Ночь от ночи одна и та же звезда восходит раньше, раньше кульминирует и раньше заходит.

Выглядит это таким образом. Созвездие Ориона, например, в декабре восходит с вечера, кульминирует в полночь и заходит под утро. К февралю оно восходит уже на 4 часа раньше, когда Солнце еще не успело сесть. С наступлением сумерек мы застаем его в верхней кульминации, и к полуночи Орион заходит. А в апреле с наступлением сумерек Орион виден лишь очень низко на западе, – он сразу же заходит.

В следующие месяцы Орион все время оказывается на дневной стороне звездного неба, и наблюдать его вплоть до августа нельзя. В августе Орион встает утром, незадолго перед восходом Солнца. Наблюдать его в утренних сумерках можно лишь очень непродолжительное время. День ото дня Орион начинает восходить раньше и продолжительность его видимости неуклонно увеличивается. В октябре он восходит в полночь, а к декабрю, как мы уже описывали, восход Ориона приходится на вечер, и это красивейшее созвездие наблюдается всю ночь.

Вот мы и разобрались в простейших особенностях видимого перемещения звезд.

Незаходящие, околополярные звезды видны на небе на протяжении всего года. Для остальных звезд, которые восходят из-за горизонта и заходят за горизонт, в течение года чередуются периоды видимости и невидимости. В зависимости от времени года, на которое приходятся периоды их лучшей видимости, различаются созвездия весенние, летние, осенние и зимние. Орион – характерное зимнее созвездие.

Фотография области неба вблизи северного полюса мира сделана ночью неподвижным фотоаппаратом. Затвор аппарата оставался открытым около 3 ч. Звезды за это время, вращаясь вокруг полюса мира, оставили на фотопленке свои следы. Полярная звезда настолько близка к полюсу, что описывает при движении вокруг него совсем маленькую окружность. Воображаемые окружности, по которым происходит видимое суточное движение звезд на небосводе (на нашей фотографии запечатлелись части этих окружностей), носят название суточных параллелей

Теперь нам осталось разобраться в особенностях поведения Солнца при переходе от сезона к сезону.

Установим на штативе фотоаппарат и направим его ночью на область неба вблизи полюса мира. Оставим затвор фотоаппарата открытым в течение двух-трех часов. Вследствие своего движения звезды прочертят на фотопленке следы – это будут круги, по которым они вращаются вокруг полюса мира. Такие круги называются суточными параллелями звезд.

Суточные параллели, как они видны на фотографии, имеют общий центр – полюс мира. Это концентрические окружности. Любая звезда, независимо от того, видна она на небе или теряется в солнечных лучах, всегда движется только по своей суточной параллели – она всегда остается на одном и том же расстоянии от полюса мира.

Солнце ведет себя иначе. Эклиптика – дорога Солнца среди звезд, по которой оно перемещается в течение года, – наклонена по отношению к суточным параллелям. Летом Солнце забирается в самую высокую над нашим горизонтом часть эклиптики – подходит ближе всего к северному полюсу мира. Поэтому в высоких широтах северного полушария при суточном вращении всего небесного свода Солнце ведет себя как незаходящая звезда. Там начинается полярный день. А в средних широтах в этот период Солнце рано восходит и поздно заходит. Светлое время суток длится долго, ночь короткая.

Потом Солнце мало-помалу начинает спускаться по эклиптике все дальше и дальше от северного полюса мира. Наступает осень. В день осеннего равноденствия Солнце находится на равном расстоянии и от северного, и от южного полюса мира. В этот период продолжительность светлого и темного времени суток сравнивается.

Собственное движение Солнца среди звезд. Плоскость эклиптики наклонена к плоскости небесного экватора округленно на 23,5°. В середине лета в северном полушарии, в день летнего солнцестояния, Солнце находится на 23,5° выше плоскости небесного экватора. В дни весеннего и осеннего равноденствий оно пересекает небесный экватор. В день зимнего солнцестояния Солнце находится на 23,5° ниже небесного экватора

Зимой Солнце спускается в самую низкую по отношению к нам часть эклиптики. Поэтому в своем суточном вращении оно поздно восходит и рано заходит. А в высоких широтах северного полушария Земли его в такой период и вовсе не бывает видно, там наступает полярная ночь.

Наглядно представить себе видимые движения небесных светил довольно трудно. Но знать о них необходимо буквально каждому человеку – ведь у каждого может возникнуть нужда ориентироваться в незнакомой местности или на глаз сообразить по расположению светил, который в данный момент час.

В 1919 г. основателю Немецкого музея в Мюнхене пришла мысль о создании проекционного аппарата, с помощью которого на внутренней белой поверхности полусферического купола можно было бы наглядно воспроизводить вид звездного неба на разных широтах, его вращение, движения Солнца, Луны и планет. Первый такой аппарат – он получил название планетарий – вступил в строй в Немецком музее в 1923 г. Звездные «театры» с аппаратами для демонстрации небесных тел тоже стали именовать планетариями.

Вид искусственного звездного неба производит на зрителей яркое эмоциональное впечатление. Залы планетариев подходят не только для образовательных целей. Здесь читают лекции, любят выступать драматические актеры, танцоры, певцы.

В 1929 г. в числе первых планетариев мира открылся «звездный дом» в Москве. В. В. Маяковский откликнулся на это событие стихотворением «Пролетарка, пролетарий, заходите в планетарий». Сегодня в нашей стране насчитывается свыше 70 стационарных планетариев. Действуют небольшие аппараты в институтах и училищах.