Материалы по истории астрономии

На правах рекламы:

О предприятии интернет магазин запчастей www.autocom46.ru.

• Вакуумный пилинг и чистка лица в Куркино

Глава 12. Звезды: восход и заход

На основании всего вышесказанного не будет слишком смелым предположить, что египтяне наблюдали и научили людей наблюдать за солнцем на горизонте.

При этом, скорее всего, они сначала наблюдали на горизонте звезды, звезды восходящие и заходящие; это представляется тем более вероятным, если учесть, как досконально древние астрономы определяли условия, при которых звезда восходит или заходит, всегда относительно солнца, о чем не надо забывать.

Также надо помнить, что у древних народов не было телескопов и им приходилось пользоваться горизонтом как единственным имевшимся в их распоряжении научным инструментом. Они различали звезды с космическими, акроническими и гелиакическими восходами и заходами.

Космический восход и космический заход означают, что звезда восходит и заходит одновременно с солнцем — то есть что на восточном горизонте мы видим звезду, восходящую в момент восхода солнца, или на западном горизонте звезду, заходящую в момент заката солнца; но нам понятно, что, если не принять некоторые очевидные предосторожности, из-за дневного света не будет видно ни восходящую, ни заходящую звезду. Акронический восход и заход противоположны космическому — звезда либо восходит в момент заката солнца, либо заходит в момент восхода солнца. И наконец, остается гелиакический восход и заход — это когда звезда утром поднимается незадолго до восхода солнца или заходит в сумерках чуть позже заката.

Очевидно, что если мы наблюдаем звезду, восходящую на рассвете, то чем ближе этот момент к восходу солнца, тем труднее ее наблюдать. Поэтому древние определяли время перед восходом при первых лучах, когда можно было довольно четко и ясно видеть, что звезда восходит. Для этого изобрели термин «гелиакический восход», чтобы описать восход звезды на рассвете незадолго до солнца. В целом в Египте во время гелиакического восхода звезды солнце находилось примерно на 10° ниже горизонта.

Ниже следует таблица из Био, которая должна все прояснить:

Истинный, или космический Солнце встает
Звезда на восточном горизонте (восход) Утро Видимый, или гелиакический Солнце еще не встало, но находится достаточно низко за горизонтом, чтобы позволить видеть звезду
Истинный, или акронический Солнце заходит
Вечер Видимый, или гелиакический Солнце зашло, и достаточно низко за горизонтом, чтобы звезда была видна
Звезда на западном горизонте (заход) Истинный, или космический Солнце заходит
Вечер Видимый, или гелиакический Солнце зашло и находится достаточно низко за горизонтом, чтобы звезда была видна
Истинный, или акронический Солнце восходит
Утро Видимый, или гелиакический Солнце еще не взошло и находится достаточно низко за горизонтом, чтобы звезда была видна

По мнению Иделера, во времена Птолемея, в случае гелиакических восходов и заходов звезд первой величины, если звезда и солнце находились на одном горизонте, то угол погружения солнца за горизонт принимался равным 11°; если на противоположных горизонтах, то угол погружения принимался равным 7°. Для звезд второй величины эти значения составляли 14° и 8½°. Но если храмы использовались так, как я предполагаю, то в случае самых ярких звезд там можно было наблюдать также космические и акронические восходы и заходы.

Однако не надо думать, что даже в Египте все звезды можно наблюдать в тот самый момент, когда они появляются над горизонтом. По утрам особенно часто бывают туманы, поэтому нередко видны только самые яркие звезды, а остальные только когда они поднимутся на 1° или 2°. По этому вопросу я процитирую Био: «Как сообщает Нуэ, астроном французской экспедиции, там никогда не видно восходящих звезд величиной 2° и 3° в самые красивые ночи из-за постоянной полосы испарений вдоль горизонта1. Кроме того, объясняя расчет гелиакических восходов в Альмагесте, Птолемей не преминул заметить2, что предупреждения о них всегда будут очень неточны из-за состояния воздушных слоев, в которых они наблюдаются, и оптических трудностей, мешающих заметить первое появление объекта, что, по его словам, он испытал сам»3.

Прежде чем приступить к вопросу о звездах, мы должны договориться о способе их описания — то есть о том, как называть их, чтобы было понятно, о какой именно звезде идет речь. В наши дни звезду можно определить по ее созвездию или экваториальным и эклиптическим координатам, но все эти способы были незнакомы древним наблюдателям. Однако же мы вынуждены допустить, что египтяне умели каким-то образом определять некоторые звезды; очевидно, что здесь мы подходим к чрезвычайно важному для нашей темы вопросу, к чему я вернусь в следующей главе.

До сих пор мы имели дело с солнцем и наблюдениями солнца во время восхода и заката и принимали за аксиому, что амплитуда Солнца в солнцестояние не меняется; в Фивах амплитуда 26° в солнцестояние практически неизменна в течение тысячи лет, хотя, как мы видели, и не абсолютно; однако астрономия показала нам, что звезды ведут себя совсем по-другому. Вследствие явления, которое называется прецессией, звезды меняют свое место относительно полюса экватора, и вследствие этого явления положение солнца среди звезд в солнцестояние и равноденствие тоже изменяется.

Что касается движения солнца, то мы уже рассмотрели эклиптику и экваториальные координаты. Эклиптика представляет собой плоскость, в которой Земля обращается вокруг Солнца, и в 90° от этой плоскости находится небесный полюс; небесную широту мы находим по расстоянию от плоскости эклиптики к северу и югу от небесного полюса, а небесную долготу — по плоскости эклиптики от первой точки Овна. Мы также нашли склонение от продолженного экватора Земли и прямое восхождение, которое считается вдоль экватора от первой точки Овна.

Полюс небес или эклиптики можно рассматривать как почти, хотя и не абсолютно, неподвижный; но полюс земного экватора не неподвижен, он медленно обращается вокруг небесного полюса. Вследствие этого движения изменяется склонение звезды.

Возвращаясь к схеме на с. 58, мы находим, что амплитуда небесного тела, восходящего или заходящего в Фивах или другом месте, зависит от его склонения; значит, если по какой-то причине склонение звезды меняется, должна измениться и ее амплитуда.

Это первый момент, который вызывает трудность, потому что сказать, что амплитуда изменилась, — это то же самое, что сказать, что изменилось место восхода или захода звезды; то есть у звезды, которая в этом году восходит на востоке с определенной амплитудой, в будущем амплитуда изменится.

В предыдущей главе я говорил об одной из проблем в современных исследованиях ориентации древних храмов, которая проистекает из того, что солнце не всегда восходило и заходило в солнцестояние в одной и той же точке горизонта. Теперь мы оказываемся перед фактом, что звезды не восходят и не заходят в одной и той же точке век за веком. Мы видели, что положение солнца на горизонте в солнцестояние меняется из-за незначительного изменения наклона эклиптики, так что примерно за 6 тысяч лет положение солнца на горизонте во время восхода и заката может измениться, скажем, примерно на 1°. Но у звезд все гораздо серьезнее, потому что примерно за 13 тысяч лет место захода и восхода звезды может измениться примерно на 47° вдоль горизонта на север или юг.

Так что места восхода и захода ни у солнца, ни у звезд на самом деле не являются совершенно неподвижными, хотя, конечно, те древние люди, которые делали первые наблюдения и построили первые храмы, не могли этого знать.

Настоящая причина этого прецессионного движения, из-за которого звезды меняют местоположение, заключается в том, что Земля — не сфера и ее экваториальный диаметр длиннее полярного, поэтому в районе экватора наблюдается увеличение массы по сравнению с тем, как было бы, если бы Земля была сферой. Представим себе эту массу в виде кольца. Части кольца находятся на разном расстоянии от Солнца, одна часть ближе, чем другая, при этом на ближайшую часть сила притяжения действует сильнее. Если взять ближайшую к Солнцу точку на кольце, где притяжение сильнее всего, и провести линию к противоположной точке, где притяжение минимальное, мы получаем следующую ситуацию: притяжение Солнца можно разложить на две силы, одна из них будет представлена линией, соединяющей центр Солнца с центром кольца, а другая перпендикуляром, опущенным из точки с максимальным притяжением на первой линии. Вопрос в том, как будет действовать эта перпендикулярная сила?

Модель, иллюстрирующая прецессию равноденствий

На рисунке вверху изображена модель, иллюстрирующая вращение Земли на своей оси и одновременно годовое обращение Солнца вокруг Земли. Чтобы представить направленную вниз силу, добавим груз. В тот момент, когда это будет сделано, ось гироскопа, изображающего ось Земли, вместо того чтобы сохранить прежнее направление, начинает движение вокруг небесного полюса.

Теперь общепризнано, что ось Земли, так сказать, колеблется вокруг небесного полюса вследствие того, что сила притяжения Солнца, действующая на ближайшую к нему точку этого экваториального кольца, больше, чем на более удаленной части кольца. Это движение прецессии не так просто, как показывает модель, потому что Луна в еще большей степени действует таким же образом, как Солнце, поскольку Луна находится гораздо ближе к нам.

Значит, вследствие этой лунно-солнечной прецессии мы получаем изменение точек пересечения плоскостей земного экватора и эклиптики; поэтому мы видим, что Солнце во время солнцестояния и равноденствия переходит в разные созвездия; но что еще важнее с современной точки зрения, мы получаем еще одну разницу, а именно склонений, а за ними и амплитуд, а за ними и мест захода и восхода звезд, которые меняются в течение веков.

Теперь, когда мы познакомились с физической причиной движения земной оси, из-за которой происходит то, что называется прецессией равноденствий, нам следует подробнее рассмотреть некоторые следствия этого движения.

Изменение направления оси в пространстве происходит циклически, продолжительность цикла составляет примерно от 25 тысяч до 26 тысяч лет. Поскольку дело в изменении положения небесного экватора или, скорее, полюса небесного экватора среди звезд относительно небесного полюса, то, разумеется, склонения звезд будут изменяться очень значительно; действительно, мы видели, что склонение звезды может измениться на значение вдвое больше значения наклона эклиптики, или 47°, то есть в одно время у звезды может быть нулевое склонение, когда она находится на экваторе, а в другое — склонение +47° или −47°. Хотя мы видим эту громадную разницу в одной экваториальной координате, по одной этой причине соответствующая эклиптическая координата практически не изменится — иными словами, положение звезды относительно движения Земли вокруг Солнца. Это движение происходит совершенно независимо от направления оси Земли, поэтому, несмотря на эту огромную разницу в склонении, широты звезд или их расстояние от эклиптики на север или юг практически не поменяются.

Звездная карта, изображающая движение небесного полюса вследствие прецессии с 4000 г. до н. э. до 2000 г. н. э. (из Пиацци-Смита) Знаки, соответствующие величине или яркости звезд: 1-я ■, 2-я ⬬, 3-я ▲, 4-я ▫

Среди других важных следствий этого прецессионного движения есть также то, что в разные периоды из-за изменения положения полюса земного экватора меняется полярная звезда. Так, мы видим, что за период примерно 25 тысяч лет разные звезды оказываются в роли полярной звезды, так как полярная звезда — всего лишь звезда, на данный момент времени находящаяся у полюса экватора. В настоящее время, как известно, полярная звезда находится в созвездии Малой Медведицы. За последние 25 тысяч лет полярными становились те звезды, которые располагались ближе всего к кривой, проведенной от небесного полюса, с радиусом равным наклону эклиптики, который, как мы видели, изменяется в небольших пределах; значит, около 10 или 12 тысяч лет назад полярной звездой была не та звездочка в Малой Медведице, которую мы все знаем, но яркая звезда Вега в созвездии Лиры. Соответственно 25 тысяч лет назад полярная звезда была та же, что и сейчас.

В связи с этим изменением полярной звезды должна меняться и точка пересечения двух фундаментальных плоскостей (плоскости вращения Земли и плоскости обращения Земли вокруг Солнца) примерно за такой же период — 25 тысяч лет. Там, где эти две плоскости пересекаются, мы получаем равноденствия, поскольку точки пересечения плоскостей определяют весеннее и осеннее равноденствие; в те моменты, когда Солнце находится в высшем или низшем положении на полпути между двумя этими точками, мы получаем солнцестояния. За 25 тысяч лет звезда, ближайшая к точке равноденствия, снова вернется в прежнее положение, а ближайшая к солнцестоянию вернется в свое. В течение этого периода звезды, отмечающие равноденствия и солнцестояния, будут постоянно меняться.

Главные точки годового пути Солнца среди звезд будут изменяться вследствие прецессии. Очевидно, что, имея способ рассчитать положение звезд в прошлом и некоторые очень древние наблюдения, мы очень облегчим свою задачу, потому что древние наблюдения — если они точные — скажут нам, что такая-то звезда в древности в момент солнцестояния или равноденствия находилась в такой-то точке. Если бы мы могли рассчитать дату, когда звезда занимала это положение относительно Солнца, мы получили бы астрономический способ определить время данного наблюдения в пределах нескольких лет.

К счастью, у нас есть такой способ, и он очень широко применялся в разное время, в основном господином Био во Франции и относительно недавно немецкими астрономами, для расчета положений звезд с настоящего времени до 2000 года до н. э. Таким образом мы можем с большой точностью определить широту, долготу, прямое восхождение, склонение и отношение звезды к равноденствию, солнцестоянию или полюсу в каком угодно далеком прошлом. Раз плоскости экватора и эклиптики пересекаются в разных точках по вышеуказанным причинам — из-за притяжения Солнца и Луны, — в зависимости от этого мы получаем неподвижный экватор и подвижный экватор. Вследствие притяжения планет сама плоскость эклиптики не является неподвижной, поэтому мы получаем не только подвижный экватор, но и подвижную эклиптику. Целью этих расчетов было определить отношения и результаты этих изменений.

О том, какие расчеты производились для конкретных целей этой книги, я буду говорить позднее.

Более простой, хотя и не такой точный метод — использовать прецессионный глобус. На этом глобусе две фиксированные точки изображают небесные полюса, вокруг которых может обращаться глобус; при этом звезды движутся без всякой связи с Землей или плоскостью экватора, но только в отношении эклиптики. Итак, у нас есть глобус, совершенно независимый от земной оси. Как сделать так, чтобы он зависел от земной оси? У нас есть два медных кольца на расстоянии 23½° от обоих небесных полюсов (северного и южного); они представляют собой круг, описываемый полюсом Земли за 25 тысяч лет. В этих кольцах сорок восемь отверстий, куда можно вставить два дополнительных зажимных винта и вращать глобус относительно их, отсоединив две точки, которые производят вращение эклиптики.

Если использовать ту часть медного кольца, где находится теперешняя Полярная звезда, получится видимое вращение небесной сферы, притом что земная ось направлена к современной Полярной звезде. Если мы хотим рассмотреть положение вещей, скажем, 8 тысяч лет назад, мы снова ставим глобус на опору и переставляем винты в отверстиях медных колец, которые соответствуют этому периоду. Установив глобус на 6 тысяч лет до н. э. (то есть 8 тысяч лет назад), чтобы определить экватор, мы должны только прочертить линию на глобусе, держа карандаш у восточной или западной точки на деревянном горизонте. Эта линия будет изображать экватор 8 тысяч лет назад. С этой линией пересечение экватора с эклиптикой даст нам равноденствие, и тогда мы можем прикрепить пластинку, которая будет изображать весеннее равноденствие. Или, если взять часть эклиптики, ближайшую к северному полюсу и, следовательно, имеющую максимальное северное склонение, то есть +23½°, мы получаем положение солнца в летнее солнцестояние, а −23½° дает нам положение солнца в зимнее солнцестояние. Так что при помощи такого глобуса можно приблизительно определить положение экватора среди звезд и отметить четыре важные точки солнечного года: два равноденствия и два солнцестояния. Я взял период 8 тысяч лет, но я мог бы взять и другой период, больше или меньше. С помощью этого устройства можно определить в пределах небольшой погрешности, без каких-либо кропотливых подсчетов, расстояние звезды от экватора на север или юг, то есть ее склонение, в любой момент прошлого или будущего.

Найденные таким образом положения для, например, пятисотлетних интервалов можно нанести на кривую и получить довольно точное положение звезды для любого года. Так с помощью глобуса мы можем узнать, что в 1000 году н. э. склонение Фомальгаута составляло −35°, в 1000 году до н. э. −42°, в 2000 году до н. э. около −44°, в 4000 году до н. э. снова чуть больше −42°, а в 6000 году до н. э. оно достигло −33° и в 8000 году примерно −22°.

Кривая Капеллы понижается от +41° в 0 году н. э. до +10° в 5500 году до н. э., таким образом за эти 5 с половиной тысяч лет звезда преодолела большую часть вышеупомянутого изменения.

Я удостоверил, что глобус дает очень хорошие результаты в пределах примерно 1° склонения. Учитывая трудность определения амплитуд для зданий, ясно, что глобус использовать гораздо удобнее, во всяком случае для первого приближения.

Примечания

1. Œuvres de Volney. Vol. V. P. 431.

2. Ptolemy Almagest VIII. Ch. VI.

3. Biot M. Recherches sur l'année vague des Egyptiens. Académie des Sciences. 4 апреля 1831 г.

«Кабинетъ» — История астрономии. Все права на тексты книг принадлежат их авторам!
При копировании материалов проекта обязательно ставить ссылку