Текст книги "Азбука звездного неба. Часть 2"

Автор книги: Сторм Данлоп

сообщить о нарушении

Текущая страница: 3 (всего у книги 8 страниц)

Лунные затмения

Затмение Луны наступает, когда она, двигаясь по орбите вокруг Земли, попадает в ее тень. Затмение Луны может происходить только во время полнолуния, но вследствие наклона лунной орбиты к эклиптике Луна в этот период не всегда попадает в тень Земли. Тем не менее в течение года обязательно происходят два-три лунных затмения; их можно наблюдать в любой точке того полушария Земли, которое в этот момент обращено к Луне. Движение Луны через тень Земли всегда происходит с запада на восток.

Тень Земли как бы делится на две области: внутренний темный конус, вершина которого обращена в сторону, противоположную Земле (область тени), и более широкий и менее темный конус, вершина которого повернута к Солнцу (область полутени). Затмение Луны, возникающее при прохождении ею области полутени, менее интересно, поскольку при этом Луна лишь слегка тускнеет, едва заметно меняя яркость. Частное лунное затмение наступает, когда часть Луны проходит через область тени. Наибольший интерес, естественно, представляет полное лунное затмение; оно наступает, когда Луна полностью погружается в тень Земли. Полное лунное затмение достигает максимальной продолжительности (1 ч 42 мин), когда Луна пересекает тень Земли по ее центру.

Вследствие рефракции земная атмосфера действует как фокусирующая линза, преломляя солнечные лучи и частично направляя их в область тени; поэтому во время затмения Луна обычно бывает видна. Так как синий свет сильнее рассеивается и поглощается атмосферой, чем красный, то в область земной тени в основном проникают красные лучи и поэтому Луна во время затмений окрашена в темно-красный цвет. Но иногда Луна становится очень темной или даже совсем исчезает. Степень яркости и окраска Луны во время затмения определяются свойствами верхних слоев земной атмосферы, которые в свою очередь зависят от многих факторов, в частности уровня солнечной активности, вулканической деятельности и интенсивности метеорных потоков. (Вулканические и метеорные частицы могут месяцами удерживаться в атмосфере, существенно увеличивая поглощение и рассеяние света, что заметно снижает яркость затмения.) Чтобы оценить количественно яркость и цвет Луны в период затмения, воспользуйтесь шкалой А. Данжона; при этом вы убедитесь, что как яркость, так и цвет затемненной части Луны меняются на протяжении затмения.

Шкала Данжона для оценки яркости лунного затмения

Рис. 85. Тип наблюдаемого лунного затмения определяется траекторией движения Луны через земную тень (размер Луны не в масштабе).

Рис. 86. Во время полного лунного затмения Луну освещают только красные лучи солнечного света, преломленные земной атмосферой внутрь ее тени.

При полных затмениях помимо очертаний лунных морей иногда остаются видимыми некоторые кратеры, особенно такие крупные, как Аристарх, Коперник, Кеплер и Тихо. Частично это явление можно было бы объяснить люминесценцией некоторых пород лунного грунта. Проводя наблюдения лунных затмений, старайтесь обращать внимание на все видимые кратеры и другие детали поверхности. Попытайтесь также сделать зарисовки различных фаз затмения, тем более что цветные зарисовки помогут вам более детально проследить за изменением цвета Луны в ходе затмения.

Ценную научную информацию можно получить, отмечая моменты наступления тех или иных явлений во время затмения. Прежде всего это относится к первому и второму контактам, когда Луна лишь касается, а затем полностью входит в тень Земли, и к третьему и четвертому контактам, когда Луна только появляется, а потом полностью выходит из тени Земли. Полезно также отмечать моменты входа в тень и выхода из нее отдельных кратеров. Подобные измерения покажут вам, как атмосфера Земли влияет на размер тени. При наблюдениях невооруженным глазом нетрудно заметить момент наступления затмения. На первый взгляд это наблюдение может показаться бесполезным, в действительности оно позволяет оценить точность визуальных наблюдений такого рода. Более того, подобные исследования позволяют судить об изменении скорости вращения Земли на протяжении веков.

Покрытие звёзд Луной и другими небесными телами

Луна, планеты и другие тела Солнечной системы в своем видимом движении на фоне звезд временами проходят вблизи некоторых интересных объектов. Фотографии этих небесных тел, полученные в момент такого сближения, представляют удивительное зрелище. Особенно эффектно выглядят снимки планет рядом с туманностью или скоплением звезд. Поэтому при организации и проведении наблюдений нужно всегда помнить о такой интересной возможности.

Когда Луна, планеты или астероиды проходят между Землей и другим небесным телом (обычно звездой), наблюдается покрытие этого тела. Довольно часто происходит покрытие звезд Луной, но так как движение Луны очень сложное, между последующими покрытиями одной и той же звезды проходит много лет. Покрытия звезд другими телами Солнечной системы происходят значительно реже; наблюдать их можно только в определенных точках земного шара, и эти наблюдения требуют особого внимания.

Для успешного наблюдения таких явлений необходимо заранее точно знать моменты их наступления и условия протекания. Соответствующая информация обычно дается в астрономических календарях и ежегодниках. В них приводятся сведения о положении, размерах и форме покрывающего тела, а также о положении и природе покрываемого небесного объекта. При подготовке наблюдений следует иметь в виду, что возможность исследовать то или иное покрытие существенно зависит от местоположения наблюдателя на Земле, поэтому необходимо возможно точнее знать широту и долготу точки наблюдения, а также ее высоту над уровнем моря.

Особый интерес представляют наблюдения покрытий Луной. Покрытия звезд Луной происходят таким образом, что наблюдатель видит исчезновение звезды на восточном крае лунного диска и появление ее вновь – на западном. Поскольку Луна не имеет атмосферы, исчезновение звезды при покрытии происходит почти мгновенно – словно кто-то «выключил» звезду; особенно это заметно, когда ее покрывает темный край лунного диска. (Наиболее благоприятные условия наблюдения покрытий складываются в первых числах лунного месяца, когда солнечный свет, отраженный земной атмосферой, освещает темную часть Луны, делая ее более заметной. В этом случае довольно хорошо видно, как звезда приближается к темному краю лунного диска, и маловероятно, что покрытие произойдет неожиданно.) Постепенное или скачкообразное исчезновение звезды за лимбом в некоторых случаях говорит о покрытии тесной двойной системы звезды (см. с. 212). Ослепительный блеск светлого лунного лимба создает значительные трудности при подобного рода наблюдениях; поэтому покрытие звезд стараются наблюдать перед полнолунием, а их появление из-за лимба – в последних числах лунного месяца. Исключение составляют яркие звезды, покрытие и появление которых можно наблюдать вне зависимости от фазы Луны. Наблюдения покрытий звезд лучше проводить с помощью длиннофокусных телескопов с малой светосилой (большим фокальным отношением); в крайнем случае можно использовать телескоп с большим увеличением, чтобы в его поле зрения оказывалась возможно меньшая часть Луны. В этом случае в глаз наблюдателя попадает гораздо меньше света от Луны, что значительно облегчает наблюдение звезд.

Наблюдение исчезновения звезд за лимбом не вызывает особых трудностей, поскольку за звездой легко следить вплоть до ее покрытия. Другое дело – появление звезд из-за лимба, которое всегда несколько неожиданно, поэтому здесь возникают немалые трудности.

Для наблюдений покрытий звезд Луной наиболее удобна экваториальная установка телескопа, снабженного окуляром с широким полем зрения и крестом нитей. Совместив траекторию видимого перемещения звезды с одной из нитей, вы сразу установите точку появления звезды из-за лимба, если знаете точку ее захода за лимб.

Рис. 87. «Парад планет»: Меркурий, Венера, Марс и Юпитер видны одновременно с Луной и несколькими яркими звездами.

Наблюдения покрытий небесных тел можно проводить с инструментами практически любых размеров. При этом нет необходимости в сложных устройствах для регистрации времени, и хотя арсенал этих средств довольно богат, в практике любительских наблюдений довольно часто ограничиваются обычными или цифровыми секундомерами. Основная трудность возникает при определении точного момента того или иного события по всемирному времени (ошибка не должна превышать долей секунды). Поэтому часы следует сверить по сигналам точного времени, передаваемым по радио; это необходимо сделать до и после наблюдения, чтобы учесть изменения в ходе часов и точнее зарегистрировать момент интересующего вас события. Опытные наблюдатели при регистрации наступления момента покрытия достигают точности 0,1 с. Поскольку реакции наблюдателей на быстрые изменения различны, неизбежны различия в зарегистрированном ими времени наступления одних и тех же явлений. Это так называемое личное уравнение обычно учитывается только при окончательном анализе наблюдений.

Касательные покрытия

Касательные покрытия происходят, когда Луна при движении по небу слегка «задевает» звезду северным или южным краем диска. В этом случае из-за неровностей лунной поверхности звезда в процессе покрытия может исчезать и появляться неоднократно. Касательное покрытие представляет собой удивительное зрелище, поэтому старайтесь по мере возможности не пропустить этого явления. Однако здесь требуется более тщательная подготовка, чем при наблюдении обычных покрытий. Дело в том, что касательное покрытие можно наблюдать только в пределах узкой полосы на поверхности Земли. Поэтому для наблюдения необходимо заранее установить переносной телескоп в нужном месте. Особенно ценных результатов можно добиться, если в работу включатся одновременно несколько наблюдателей, установив телескопы в различных пунктах в пределах полосы наблюдений. Такие совместные наблюдения позволяют (по различиям моментов времени исчезновения и появления звезды) построить довольно точную картину распределения неровностей на краю лунного диска.

Рис. 88. Касательные покрытия происходят у северной и южной кромки диска Луны. Они случаются гораздо реже центральных затмений, длительность которых может достигать примерно часа.

Неожиданность исчезновения и появления звезды при касательном покрытии значительно усложняет процедуру регистрации точных моментов начала и конца события. При наблюдениях такого рода лучше всего записывать на один магнитофон как сигналы точного времени, так и «метки» начала и конца каждого появления и исчезновения звезды. Такими «метками» могут служить громко произнесенные слова (например, «есть» и «нет») или короткие звуковые сигналы. Однако лучше всего поступить следующим образом: включить непрерывный звуковой сигнал, пока звезда не видна, и отключить его, как только она появляется вновь. Если во время наблюдений нет возможности записать на магнитофон одновременно и сигналы точного времени, передаваемые по радио, то их можно узнать по телефону и записать на магнитофон до и после покрытия. Правда, процедура определения точного времени в этом случае не столь точна, поскольку из-за колебаний температуры и напряжения в сети или в батареях скорость записи магнитофона также меняется. Тем не менее тщательно проведенные наблюдения все же дают довольно хорошие результаты.

Рис. 89. На фотографии запечатлен момент появления Венеры из-за темного лимба после ее покрытия Луной.

Другие виды покрытий

Луна может покрывать как звезды, так и планеты. В этом случае имеет смысл проводить не только визуальные, но и фотографические наблюдения. Большой интерес представляют наблюдения покрытий звезд планетами. Из-за наличия у планет атмосферы исчезновение звезды при покрытии происходит постепенно. При наблюдении планеты Сатурн иногда может особенно повезти – вы увидите покрытие звезд кольцами планеты. Но такие наблюдения требуют особой тщательности – следует фиксировать малейшие изменения в яркости звезды, даже если звезда все время остается видимой. О покрытии звезд малыми планетами (астероидами) мы расскажем далее.

Солнце

Солнце – настолько яркое небесное тело, что при его наблюдении необходимо соблюдать особые меры предосторожности. Ни невооруженным глазом, ни в какой-либо прибор на него нельзя смотреть без защитных приспособлений. Даже при пользовании небольшой линзой в глаз попадает настолько много света, что это может привести к длительной потере зрения или полной слепоте. Любому из нас приходилось неоднократно убеждаться в этом, когда солнечные лучи попадали на лицо и слепили глаза. Яркость Солнца значительно меньше, когда оно находится низко над горизонтом, но и в этом случае при наблюдении следует быть предельно осторожным.

Безопаснее и проще всего спроектировать изображение Солнца на белый экран. Наиболее удобен для этих целей небольшой рефрактор. Рефлекторы, если они не сконструированы особым образом, не годятся для таких наблюдений. (При отсутствии телескопа вы вполне можете воспользоваться половиной бинокля.) В целях безопасности перед наблюдением убедитесь, что искатель телескопа (или объектив второй половины бинокля) закрыт крышкой. Экран с белым листом бумаги жестко прикрепите за окуляром перпендикулярно оптической оси. Используя тень телескопа как гидирующее устройство, наведите телескоп на Солнце. Перемещением экрана вдоль оптической оси добейтесь нужного размера изображения Солнца, а его резкость подрегулируйте, соответствующим образом подбирая и перемещая окуляр. Телескоп нельзя оставлять наведенным на Солнце слишком долго, поскольку солнечные лучи, сконцентрированные на окуляре, могут так разогреть его, что он выйдет из строя, особенно если окуляр представляет собой сложную систему склеенных линз.

Использование простого экрана не совсем удобно даже при наличии защиты от прямого солнечного света. Экран лучше поместить в легкий корпус и жестко закрепить его на окулярной части. Изображение Солнца рассматривается через специальное отверстие. Пытайтесь так подобрать размер проекционной камеры и окуляра, чтобы изображение Солнца имело стандартный диаметр – 152 мм.

При визуальных наблюдениях Солнца в телескоп не вздумайте пользоваться обычными светофильтрами – они не безопасны. Это относится даже к стеклянным, так называемым солнечным фильтрам, которыми снабжены небольшие рефракторы. Особенно опасны фотографические нейтральные и поляризационные фильтры, так как они могут пропускать невидимое, но вредное для глаз инфракрасное излучение.

Безопасны только специальные отражательные фильтры. Они представляют собой стеклянную пластинку с отражательным металлическим покрытием или специальную майларовую пленку, которые крепятся перед объективом. Такие фильтры пропускают менее 1% света. Отражаясь от фильтра, солнечный свет не попадает внутрь телескопа и не нагревает его, что весьма существенно при наблюдениях. Хотя эти фильтры пропускают малое количество света, все же приходится уменьшать апертуру телескопа.

Наиболее удобна для наблюдения Солнца экваториальная установка телескопа. В этом случае легко следить за суточным перемещением Солнца по небу и его ориентацией. При наблюдении изображения Солнца, спроецированного на экран, иногда возникают трудности с его ориентацией. Чтобы правильно сориентироваться, достаточно слегка сместить изображение Солнца поочередно вдоль каждой из осей. Если вы не пользуетесь специальными приспособлениями, то ориентация изображения Солнца на экране отличается от истинной (видимой невооруженным глазом) только тем, что западный и восточный края солнечного диска меняются местами.

Рис. 90. Единственный безопасный способ визуального наблюдения Солнца – спроецировать его изображение на белый экран (показано устройство простейшей проекционной камеры).

Рис. 91. Этот любительский снимок Солнца сделан с помощью специальной установки (спектрогелиографа), которая создает изображение Солнца на определенной длине волны спектра. Чтобы получить изображение протуберанцев, видимых на лимбе, потребовалась длительная экспозиция, что привело к передержке и потере деталей на изображении солнечного диска.

На экране заранее нарисуйте окружность – контур изображения Солнца нужной величины – и нанесите на нее слабую сетку из прямых линий. Такой же контур с отчетливой сеткой начертите на отдельном листе и в дальнейшем подкладывайте его под полупрозрачный лист бумаги, на котором будете делать зарисовки Солнца. Благодаря такому нехитрому приспособлению можно точно наносить на рисунок расположение наблюдаемых деталей солнечной поверхности. Приступая к наблюдениям, отрегулируйте положение проекционной камеры таким образом, чтобы северный и южный края солнечного диска лежали точно на линиях сетки. (При азимутальной монтировке телескопа регулировку придется производить неоднократно на протяжении всего наблюдения.)

При наличии отражательных фильтров можно вполне удовлетворительно заниматься фотографированием Солнца. Не фотографируйте Солнце через длиннофокусные объективы без упомянутых выше мер предосторожности, поскольку солнечное тепло может вывести из строя затвор фотокамеры.

Детали солнечной поверхности

Солнце представляет собой типичную, сравнительно небольшую звезду (его диаметр составляет 1392 530 км). Оно находится на расстоянии одной астрономической единицы от Земли (1 а.е. = 147 597 870 км), а его видимый угловой диаметр равен всего лишь примерно 30'. И тем не менее Солнце – единственная звезда, которую мы можем изучать в деталях, наблюдая на ее поверхности много интересных образований.

Видимую поверхность Солнца называют фотосферой. Самые заметные структурные образования на ней – пятна. Они обычно состоят из темного центрального ядра (тень), окруженного менее темной областью (полутень). При благоприятных условиях в полутени удается различить радиальные структуры. При длительных наблюдениях (в течение нескольких дней) можно заметить перемещение пятен поперек солнечного диска, что обусловлено вращением Солнца вокруг собственной оси. Так как Солнце представляет собой раскаленный газовый шар, разные его части вращаются с разной скоростью; экваториальные области – быстрее приполярных; средний период вращения Солнца вокруг своей оси составляет 27,27 суток. Видимое перемещение солнечных пятен по диску зависит от наклона оси вращения Солнца относительно оси вращения Земли. На лимбе пятна кажутся сплюснутыми.

Солнечные пятна кажутся темными потому, что они холоднее окружающей поверхности. Солнечные пятна – это области с особенно сильным магнитным полем, часто два пятна с противоположной полярностью магнитного поля объединяются в тесную пару. Наблюдаются также сложные группы пятен, охватывающие значительные области солнечной поверхности. Отдельные солнечные пятна представляют собой короткоживущие образования, которые через несколько дней полностью исчезают. В отличие от этого группы пятен и центры активности обычно более устойчивы; их эволюцию можно проследить день за днем на протяжении 7-10 суток, когда они хорошо видны на диске Солнца. Наиболее долгоживущие группы пятен могут скрываться и вновь появляться из-за лимба в течение нескольких периодов вращения Солнца. Подсчет числа активных областей на солнечном диске – задача довольно простая, но вместе с тем весьма важная.

Рис. 92. К числу основных деталей, видимых на поверхности Солнца, относятся пятна и факелы, а также общее потемнение солнечного диска к краю.

Число и распределение солнечных пятен меняется примерно с одиннадцатилетним периодом; его называют 11-летним циклом солнечной активности. Этот цикл действительно отражает общую солнечную активность, и изменение пятен – лишь незначительная, хотя и наиболее заметная ее черта. В начале каждого цикла небольшие пятна появляются сначала в обоих полушариях Солнца – на широтах выше 35°. В дальнейшем центры активности и пятнообразования медленно перемещаются к экватору, причем максимальное число пятен образуется на широте ±15°. Достигнув максимума, число пятен начинает уменьшаться. В то время как старые области активности продолжают медленно смещаться к экватору, на высоких широтах зарождаются пятна и центры активности нового цикла.

Пятна окружены яркими образованиями (факелами) в виде волокон разнообразной формы, которые нередко видны до и после появления пятен. Факелы наиболее заметны на краю солнечного диска. Наряду с факелами наблюдаются гранулы; они представляют собой небольшие светлые неустойчивые образования овальной формы, покрывающие всю фотосферу наподобие сетки (это явление называют грануляцией). Даже в небольшой телескоп можно заметить еще одну характерную особенность-потемнение солнечного диска к краю. Это явление связано с тем, что на краю диска мы видим свет от более холодных внешних областей Солнца, а в центре – свет, идущий из более горячих глубин Солнца.