Текст книги "Азбука звездного неба. Часть 2"

Автор книги: Сторм Данлоп

сообщить о нарушении

Текущая страница: 4 (всего у книги 8 страниц)

Солнечные затмения

В период новолуний, когда Луна, совершая свое движение вокруг Земли, оказывается между ней и Солнцем, эти три небесных тела изредка располагаются вдоль одной линии. Обычно тень Луны минует Землю. Однако не менее двух раз в году (и не более пяти) тень Луны падает на Землю, и в тех районах земного шара, где это происходит, наблюдаются солнечные затмения.

Как и земная, лунная тень состоит из двух областей: полной тени и полутени. В местах, которые попадают в полутень, наблюдается частное солнечное затмение – когда Луна закрывает лишь часть солнечного диска. Частные солнечные затмения обычно не представляют большого интереса для астрономов, тем не менее их наблюдения дают определенную возможность потренироваться в астрономической фотографии. Однако нужно всегда помнить, что при наблюдении частных солнечных затмений следует соблюдать такие же меры предосторожности, как и при наблюдении самого Солнца: нельзя смотреть на него прямо ни невооруженным глазом, ни в бинокль, ни в телескоп, иначе вы можете ослепнуть.

В тех районах Земли, которые попадают в область полной тени Луны, наблюдается полное солнечное затмение. Луна целиком закрывает солнечный диск, среди дня небо темнеет, и на нем могут появиться яркие звезды и планеты. Зона, где может наблюдаться полное солнечное затмение, охватывает узкую полосу на поверхности Земли (шириной не больше 300 км). Именно поэтому в каждом данном месте полные солнечные затмения – довольно редкое явление. Вследствие вращения Земли вокруг своей оси и обращения вокруг Солнца, а также движения Луны вокруг Земли тень Луны с огромной скоростью проносится по земной поверхности. По этой причине максимальная продолжительность полной фазы затмения в данном месте не может превышать 7 мин 30 с, а так как расстояние между Луной и Землей меняется, иногда вершина конуса полной лунной тени касается Земли в каком-то месте всего на несколько секунд. В тех же случаях, когда вершина конуса полной лунной тени не достигает земной поверхности, наблюдается кольцеобразное солнечное затмение. Солнце не закрывается полностью лунным диском – часть его выступает из-за Луны в виде кольца.

Самая значительная структура, которую удается наблюдать во время полного солнечного затмения, – это солнечная корона, простирающаяся далеко в пространство. Корону составляют самые внешние области солнечной атмосферы, ее температура достигает нескольких миллионов градусов. Форма и размеры короны изменяются в ходе 11-летнего цикла солнечной активности: при минимуме солнечных пятен она имеет более правильную форму. Часто в короне можно заметить длинные светлые лучи (стримеры), а на полюсах – более короткие полярные щеточки. Ближайшую к Солнцу внутреннюю часть короны можно исследовать в любое время, а не только в период затмений, используя специальные приборы. Но внешняя часть короны видна лишь во время затмений.

Рис. 93. «Бриллиантовое кольцо» можно увидеть в самом начале и в конце полного солнечного затмения.

Неизгладимое впечатление производят яркие, розоватого цвета протуберанцы, выступающие на солнечном лимбе. По форме напоминающие петли и жгуты из светящегося газа, протуберанцы, по-видимому, представляют собой выбросы вещества с поверхности Солнца, но скорее – это потоки вытекающего из короны газа. Некоторые астрономы-любители имеют специальное оборудование, позволяющее наблюдать протуберанцы в любое время, даже на ярком солнечном диске – в этом случае их называют волокнами (филаментами).

Рис. 94. Частное солнечное затмение можно безопасно фотографировать только через специальные фильтры, установленные за объективом фотокамеры.

Рис. 95. Тонкая структура короны, показанная на фотографии, характерна для периода, близкого к минимуму солнечной активности.

Рис. 96. Полное солнечное затмение можно наблюдать на поверхности Земли лишь в узкой полосе, по которой пробегает вершина конуса лунной тени.

Когда Луна почти полностью покрывает солнечный диск, он тем не менее может проступать между лунными горами и долинами в виде ярких точек, которые называют «четками Бэйли». Перед наступлением полного затмения и в конце его может вспыхнуть узкая, не покрытая Луной часть фотосферы; это удивительное явление носит название «Бриллиантовое кольцо».

Наблюдения планет

При наличии выбора для наблюдения планет лучше использовать рефрактор, рефлектор системы Кассегрена или катадиоптрическую систему. Благодаря значительному фокальному отношению (большой обратной светосиле) эти устройства создают в первичном фокусе более увеличенное изображение, чем рефлекторы системы Ньютона, а небольшое поле зрения при наблюдении планет не столь существенно.

Если же выбора нет и вы располагаете только телескопом системы Ньютона, то, используя линзу Барлоу (см. с. 85) и окуляр хорошего качества, вы все же можете добиться неплохих результатов. Чтобы разглядеть хоть какие-то детали на поверхности планет, телескоп должен иметь объектив диаметром не менее 75 мм. Телескопы с большими апертурами обладают тем преимуществом, что, собирая значительное количество света, они позволяют использовать большое увеличение, создавая тем самым возможность для изучения более тонких деталей.

Поскольку состояния большинства планет чрезвычайно изменчивы, никогда нельзя знать заранее, какая картина откроется вам при наблюдениях. Впервые приступая к наблюдению планет, не огорчайтесь, если сначала не увидите ничего, кроме маленького диска планеты-глазу нужно привыкнуть, чтобы различать слабые детали на поверхности. Освоившись со своим телескопом и обретя некоторые навыки, вы обнаружите, что с каждым наблюдением замечаете их все больше. В дальнейшем вы увидите, что иногда на короткое время условия наблюдения становятся настолько благоприятными, что на маленьком диске планеты «проступает» множество разнообразных деталей, которые трудно сразу охватить и зарисовать. Помните, что порой не менее важно знать об отсутствии каких-либо видимых деталей на планете – в первую очередь это относится к Венере и Марсу. Никогда не забывайте отметить эти «отрицательные» наблюдения.

Рис. 97. Сравнение максимальных и минимальных видимых размеров планет. У Юпитера относительное изменение видимых размеров минимально.

Используйте любую возможность просто посмотреть на планету в телескоп, и чем чаще вы будете это делать, тем больше деталей сумеете различить. С каждым разом старайтесь все более тщательно проводить наблюдения; тогда вид планеты станет для вас привычным, и вы сможете быстрее заметить любые неожиданные изменения на ее поверхности.

Приведем далеко не полный перечень наблюдений, которые можно сравнительно легко проводить с помощью телескопа: зарисовки всей видимой поверхности и отдельных деталей планеты; оценка яркости и фазы планеты; определение моментов времени прохождения той или иной детали через центральный меридиан диска планеты. Астроному-новичку лучше начать с зарисовок всей видимой поверхности планеты или отдельных структур. Системы спутников Юпитера и Сатурна открывают дополнительные возможности для наблюдения разнообразных интересных явлений (подробнее об этом говорится далее). Фотографические наблюдения планет настолько специфичны, что в нашей книге они не обсуждаются.

Хотелось бы обратить внимание на один важный момент, а именно путаницу, которая может возникнуть с понятиями «восток» и «запад» применительно к ориентации деталей поверхности планет (и Луны). До наступления эры систематических исследований небесных тел с помощью космических аппаратов эти понятия всегда соответствовали наблюдаемой невооруженным глазом ориентации небесной сферы: считалось, что одна видимая деталь находится восточнее другой, если она расположена левее (с точки зрения наблюдателя, находящегося в Северном полушарии). Однако при составлении подробных карт Луны и планет с помощью космических аппаратов (и чтобы избавить от путаницы астронавтов, ступающих на поверхность Луны) стало абсолютно необходимым введение такой же ориентации системы широт и долгот, как на поверхности Земли. Это привело к переориентации двух направлений – восток и запад; так, Восточное Море (Marie Orientate) сейчас считается расположенным к западу от центрального меридиана Луны.

На планетах, как и на Луне, имеется терминатор-линия, разделяющая освещенную Солнцем часть поверхности планеты от неосвещенной. У Меркурия и Венеры терминатор хорошо различим, у Марса едва заметен, а Юпитер и Сатурн расположены так далеко от Земли и Солнца, что линия терминатора у них практически совпадает с видимым краем диска. Вследствие вращения планет у них различаются утренний и вечерний терминаторы; в ряде случаев с ними связаны появление и распространение некоторых особых образований на планете (здесь прежде всего следует отметить облака на Марсе).

Зарисовки планет

Приступая к зарисовкам, необходимо заранее приготовить листы бумаги, на которые нанесены контуры планеты. При движении планет по орбитам расстояния между ними и Землей изменяются, соответственно меняются и видимые размеры планет; эти изменения особенно заметны у Венеры и Марса. Несмотря на это, большинство организаций, координирующих работу астрономов-любителей, рекомендуют использовать при зарисовках каждой из планет контуры определенного диаметра; это облегчает обработку и сравнение результатов, полученных различными наблюдателями. Поэтому при зарисовках старайтесь придерживаться рекомендуемых стандартов.

Рис. 98. Юпитер 19 июля 1983 г. в 20 ч 46 мин по всемирному времени. Рисунок Ричарда Маккима, сделанный при наблюдении в телескоп-рефлектор с зеркалом диаметром 216 мм (8 дюймов). Виден спутник Ио, пересекающий диск планеты вдоль границы между Северной экваториальной полосой и Северной тропической зоной.

Рис. 99. Рисунок Марса, сделанный Ричардом Баумом 30 октября 1973 г. с помощью 115-миллиметрового (4 дюйма) рефрактора с увеличением 186 раз.

Назовем еще ряд моментов, которые необходимо учитывать, приступая к зарисовкам планет. Так как Юпитер и Сатурн вследствие быстрого вращения вокруг своей оси заметно сплющены у полюсов, их контуры не представляют собой идеальные окружности, поэтому при зарисовках нужно применять специальные шаблоны или обводить контуры изображений планет. Что касается Сатурна, то здесь дополнительные трудности связаны с наличием колец, вид которых меняется со временем. При зарисовках Меркурия, Венеры и Марса в качестве контуров можно использовать окружности. Правда, здесь возникают свои трудности, так как у этих планет наблюдаются фазы, аналогичные лунным, когда становится видимой только освещенная часть полусферы, повернутая к Земле. Фазы Меркурия и Марса можно предсказать, поэтому следует заранее нарисовать их контуры с учетом фазы. Величину фазы Венеры рассчитать нельзя – ее терминатор следует зарисовывать при наблюдениях. Фазы Юпитера и Сатурна проявляются настолько слабо, что при зарисовках ими можно пренебречь.

Чтобы научиться различать детали на поверхности планеты, пытайтесь зарисовывать их. Особенно важно это при изучении Марса, Юпитера и Сатурна, так как многообразие их поверхностных деталей и быстрое вращение приводят к тому, что облик поверхности заметно изменяется за короткое время наблюдения. Возможно, разумнее начать с простой зарисовки распределения светлых и темных областей по видимому диску планеты или сосредоточить внимание на некоторых наиболее заметных образованиях, чем пытаться в деталях изобразить весь видимый диск планеты. По мере приобретения опыта ваши рисунки будут все более подробными.

Оценки яркости поверхностных деталей

Анализ большого числа рисунков поможет вам оценить интенсивность различных деталей на поверхности планеты. При этом в зависимости от их относительной яркости им приписывают соответствующие численные значения; подобная процедура не так сложна, как может показаться на первый взгляд. Шкала интенсивностей зависит от планеты и диапазона яркости образований, наблюдаемых на ее поверхности. Обычно интенсивность, соответствующую нулю, приписывают белым образованиям, а далее, чем темнее деталь, тем выше ее интенсивность. К сожалению, оценки интенсивности одних и тех же образований, полученные различными наблюдателями, заметно отличаются. И неудивительно, поскольку они зависят от телескопа, используемого увеличения, а также от условий наблюдения. Иногда может возникнуть путаница при точном отождествлении образований, характеризуемых той или иной величиной интенсивности, поэтому оценку интенсивностей лучше делать непосредственно на рисунке планеты, даже если он довольно приблизителен.

Фильтры. При обычных зарисовках и оценке интенсивностей деталей планет можно пользоваться различными светофильтрами. Однако следует помнить, что, если ваш телескоп небольшой, фильтры могут оказать и плохую услугу, так как способствуют дополнительной потере света. Исключение составляет Венера, яркость которой настолько велика, что применение нейтрального светофильтра, уменьшающего ее, улучшает условия наблюдения. Марс и Венера – наиболее удобные объекты для наблюдения с помощью цветных светофильтров. Нет также особых «противопоказаний» для использования цветных светофильтров при наблюдении Юпитера и Сатурна. Например, наблюдение Марса через светло-синий фильтр позволяет лучше изучить его атмосферные образования, тогда как оранжевый и красноватый фильтры помогают увидеть больше деталей на самой поверхности планеты. Некоторые типы окуляров специально снабжены резьбой для ввинчивания стеклянных оптических светофильтров. Такие окуляры с набором светофильтров очень удобны, но довольно дороги. Обычные фотографические фильтры, сделанные на желатиновой основе, значительно дешевле, их легко вырезать нужного размера и закрепить в несложную оправу или специальный адаптер, подобный тому, какой используют при наблюдениях Луны через фильтры (см. с. 141). Правда, эти фильтры требуют более аккуратного обращения, и, кроме того, их довольно трудно чистить. Никогда не устанавливайте фильтры вблизи фокальной плоскости объектива, так как в этом случае особенно сильно проявляются их дефекты, что сказывается на качестве наблюдений.

Рис. 100. Изображения Марса, полученные через синий (слева) и красный (справа) фильтры. На первом выделены атмосферные детали, на втором-детали поверхности планеты.

Рис. 101. Распределение яркости по видимому диску Марса; данные Р. Баума, полученные 19 ноября 1973 г. в 19 ч 30 мин по всемирному времени.

Время прохождения деталей структуры планеты через центральный меридиан

Вращение планеты вокруг своей оси открывает возможность для наблюдения прохождения ее различных образований через центральный меридиан. Регистрация моментов этих прохождений – одна из интереснейших задач наблюдения. Точное знание моментов прохождения (с точностью до минуты) позволяет определить истинную долготу отдельных пятен и образований на поверхности планеты. При таких наблюдениях очень помогают таблицы, где указывается долгота центрального меридиана в 00Ч 00М по всемирному времени и изменение его положения через определенные интервалы. (Эти данные, в основном для Марса и Юпитера, публикуются в соответствующих календарях. – Перев.) С помощью таблиц можно определить долготу поверхностных деталей, которые вам удалось заметить. Регистрация моментов прохождения деталей через центральный меридиан планеты – один из самых точных методов определения их положения на поверхности. Проводя такие измерения по нескольку раз для одних и тех же образований, можно исследовать их перемещение относительно друг друга. При этом выясняется немало неожиданного, например, что отдельные пятна на Юпитере блуждают вокруг других.

Рис. 102. Отсчет времени перемещения различных образований по диску планеты можно производить относительно как реального (поперечная нить), так и воображаемого центрального меридиана.

Далее мы расскажем и о других типах прохождений, например о прохождении внутренних планет по диску Солнца.

Рис. 103. Детальную информацию о строении поверхности Меркурия дают лишь фотографии, полученные с борта космических аппаратов.

Внутренние планеты

К внутренним планетам, лежащим между Землей и Солнцем, относятся Меркурий и Венера. У этих планет наблюдается полный набор фаз – от узкого едва заметного серпа, когда они находятся в нижнем соединении между Землей и Солнцем, до «полной» фазы в верхнем соединении, когда Солнце расположено между планетой и Землей. Вследствие своей близости к Солнцу эти планеты не поднимаются высоко над горизонтом ни вечером, ни утром. По этой причине их наблюдения довольно часто проводят при дневном свете – в течение двух часов до восхода и после захода Солнца. При дневных наблюдениях Венеры уменьшается контраст между яркой планетой и фоном неба, что позволяет увидеть на ней больше деталей.

Меркурий

Яркость Меркурия на нашем небе может достигать -1,7m, что сравнимо с яркостью Сириуса (-1,4m). Меркурий никогда не удаляется от Солнца более чем на 28°, поэтому его поиск и наблюдение довольно сложны. Жителям Северного полушария удобнее наблюдать планету весной, когда она находится в восточной элонгации, и осенью – в западной элонгации. В эти периоды высота Меркурия над горизонтом максимальна, хотя его угловое расстояние от Солнца не превышает 18°. Максимальные элонгации Меркурия приходятся на период, когда его высота над горизонтом минимальна. Жители Южного полушария имеют в этом отношении определенные преимущества, так как здесь планета может находиться не только высоко над горизонтом, но и одновременно на максимальном расстоянии от Солнца (28°). Такие благоприятные условия наблюдений складываются в утренние часы осенью (апрель) и в вечерние часы весной (сентябрь), когда планета находится соответственно в западной и восточной элонгациях. В тропиках условия наблюдения Меркурия вполне удовлетворительны во всех элонгациях.

Единственный приемлемый способ обнаружения Меркурия-наведение телескопа по координатам с помощью разделенных кругов. Ввиду близости планеты к Солнцу нужно всегда быть предельно осторожным. Наиболее безопасно наблюдать за планетой, когда она находится в восточной элонгации. В этом случае телескоп лучше установить около здания таким образом, чтобы при суточном движении Солнца тень от здания все больше загораживала вас от прямого солнечного света. Очевидно, что подобный способ не вполне безопасен при наблюдениях Меркурия, когда он находится в западной элонгации. В этот период удобнее и безопаснее наблюдать планету на фоне утренней зари перед восходом Солнца. Обнаружив планету, вы можете следить за ней уже при дневном свете, по мере ее суточного движения впереди Солнца.

Обычно Меркурий имеет тусклый белый цвет, иногда приобретая красный или желтоватый оттенок; поэтому, даже обнаружив планету, вы далеко не всегда сможете что-нибудь разглядеть на ней. В небольшой телескоп (диаметр объектива около 75 мм) удается различить только фазы Меркурия. В более крупные телескопы (с апертурой 100-155 мм) можно заметить отдельные темные пятна на диске планеты; увидеть нечто большее не удается даже в крупные телескопы. Некоторые наблюдатели считают, что детали на поверхности Меркурия становятся более контрастными и легче различимыми, если воспользоваться прозрачным желтым фильтром. Попробуйте это сделать – не исключено, что вам удастся заметить больше деталей.

Венера

Венеру, которая является самой яркой планетой (ее звездная величина может достигать -4,3m), легко найти на небе. Ее угловое расстояние от Солнца может достигать 47°, в этот период она доступна наблюдениям в течение нескольких недель. Опыт показывает, что при дневных наблюдениях Венеры значительно уменьшается контраст между яркой планетой и фоном неба, благодаря чему удается различить на ее диске слабые детали. Венера настолько ярка, что при наблюдениях в телескоп вам, возможно, придется воспользоваться нейтральным фильтром. Венера крупнее Меркурия и подходит ближе к Земле, поэтому даже в обычный бинокль можно увидеть ее фазы. Чтобы различить хоть какие-то детали на поверхности планеты, необходим телескоп с апертурой не менее 100 мм, но все же предпочтительнее более крупный инструмент.

Единственные различимые в телескоп детали представляют собой облачные образования в верхних слоях плотной атмосферы планеты; они в лучшем случае едва заметны, так что их довольно трудно зарисовать. Однако следует напомнить, что именно благодаря наблюдениям любителями этих слабых образований удалось определить период обращения верхних слоев атмосферы (он составляет около 4 сут) задолго до того, как это было сделано с помощью космических аппаратов. (Период вращения вокруг своей оси твердого невидимого «тела» планеты равен 243 сут; это вращение происходит в обратном направлении.)

На планете заметны как светлые, так и темные образования, но обычно довольно трудно изобразить их на рисунке без преувеличения контраста. Поэтому, если считаете нужным, делайте соответствующие пометки о контрасте тех или иных деталей, по возможности оценивая их интенсивность. Довольно часто у Венеры можно видеть вытянутые «рога», которые в основном, хотя и не всегда, точно совпадают с полярными областями. Иногда вокруг этих областей можно увидеть более темные, похожие на ожерелье образования. В некоторых случаях фильтры позволяют более отчетливо различить детали на Венере; лучше всего для этого подходит светло-желтый фильтр [типа Wratten 15, т.е. ЖС(4) и ЖС(12). – Ред.]. Как и при наблюдениях других планет, важно отмечать также отсутствие видимых деталей.

Длина «рогов» серпа Венеры меняется – они то укорачиваются, то удлиняются. Терминатор скорее представляет собой неровную линию, чем гладкую. Старайтесь тщательно зарисовывать эти изменения. Неровности на терминаторе порою затрудняют точное определение фазы планеты, которая довольно часто отличается от предсказанной. Особенно заметно (иногда на несколько дней) отличается теоретически вычисленная фаза Венеры от реально наблюдаемой в так называемой дихотомии, когда видна половина освещенного диска планеты. (Это явление получило название эффекта Шрётера – по имени ученого, впервые обратившего на него внимание.) Дихотомия наступает в начале восточной и в конце западной элонгации. Хотя реальность эффекта Шрётера не вызывает теперь сомнений, его природа пока еще не ясна. Положение терминатора довольно трудно измерить точно по одному наблюдению; обычно для определения среднего значения фазы используется несколько рисунков из каждого цикла наблюдений. Для более точного измерения фазы следует применять микрометр. К сожалению, этот прибор не доступен большинству наблюдателей.

Рис. 104. При фотографировании Венеры с Земли даже с использованием светофильтров на снимках редко удается заметить какие-либо детали в атмосфере планеты.

В фазе очень узкого серпа иногда удается заметить слабое свечение на неосвещенной части диска планеты – это так называемый пепельный свет Венеры. Наблюдение пепельного света связано с большими трудностями: чтобы иметь возможность увидеть его, в окулярной части телескопа необходимо установить узкую, в форме серпа Венеры, диафрагму, предохраняющую глаз от яркого света планеты. Предполагается, что пепельный свет связан с полярными сияниями, происходящими в верхних слоях атмосферы Венеры. Не исключено, однако, что это просто оптическая иллюзия, как и эффект противоположного свойства, наблюдаемый на неосвещенной части диска Венеры, которая временами кажется темнее, чем окружающий небесный фон.

Прохождение планет по диску солнца

Хотя Меркурий и Венера довольно часто проходят через нижнее соединение, они редко «выстраиваются» в одну линию с Солнцем и Землей. В этих случаях наблюдаются прохождения планет по диску Солнца. При изучении этого явления необходимы те же меры предосторожности, что и при исследовании Солнца. Последнее прохождение Меркурия по диску Солнца наблюдалось 13 ноября 1986 г., следующие произойдут 6 ноября 1993 г. и 15 ноября 1999 г. Прохождения Венеры более редки; они происходят парами с перерывом более чем в сто лет. Последние наблюдались в декабре 1874 г. и декабре 1882 г., следующие предстоят в июне 2004 г. и июне 2012 г.