Полярна зірка, мабуть, найвідоміша зірка на небі. Що про неї відомо сьогодні астрономам? Розглянемо кілька фактів про Полярну, частина з яких добре відома любителям астрономії, а частина, можливо, стане відкриттям.
На відміну від інших зірок, які у різний час доби видно то на сході, то на півдні, то на заході, то піднімаються над горизонтом і заходять за обрій. Полярна зірка майже не змінює свого становища на небі. Взимку та влітку вказує напрямок на північ, до полюса Землі. Саме через своє становище на небі Полярна зірка і набула такої популярності.
Факт №1. Полярна зірка не найяскравіша зірка на небі.
Твердження, що Полярна зірка є найяскравішою зіркою, є однією з найпоширеніших астрономічних помилок. Багато людей, не дуже знайомі зі зоряним небом, вважають, що Полярна зірка дуже яскрава, якщо не найяскравіша зірка на ньому. Але це не так. У списку найяскравіших зірок неба Полярна знаходиться лише на 46 місці, набагато поступаючись у блиску таким зіркам, як Сіріус, Вега чи Арктур.
Факт № 2. Полярна зірка знаходиться поблизу північного полюса світу.
Для всіх очевидно, що картина зоряного неба змінюється залежно від часу. Сузір'я, які ввечері було видно на півдні, вночі зміщуються на захід, а вранці заходять за обрій. А інші сузір'я, які ввечері сходили на сході, вночі вже високо в південній частині неба. Зірки обертаються зі сходу захід із періодом на добу, зі сходу захід і відбивають обертання Землі із заходу Схід.
Земля обертається як дзига — навколо однієї осі. Точки, де вісь обертання Землі перетинається з поверхнею планети, називаються Північним і Південним полюсами Землі. Продовживши вісь обертання Землі в небо, ми отримаємо північний та південний полюси небесної сфери або, як їх називають астрономи, полюси світу. Тепер уявімо, що ми знаходимося на Північному полюсі. За добу всі зірки описують в небі кола, але чим ближче знаходяться зірки до зеніту, тим менше радіуси кола, що описуються ними. Воно й зрозуміло, адже у зеніті знаходиться північний полюс світу, навколо якого й обертаються усі зірки. Тому поруч із зенітом зірки майже нерухомі, описуючи навколо нього зовсім крихітні кола.
Унікальність Полярної зірки в тому, що вона знаходиться ближче від інших зірок, видимих неозброєним оком, до північного полюса світу, на відстані близько 1°. Через це вона весь час знаходиться фактично на тому самому місці, незалежно від часу доби і року. Нерухомість Полярної зірки ось уже півтори тисячі років робить її вірним орієнтиром для мореплавців, скотарів та мандрівників.
Зрозуміло, що особливе становище Полярна зірка має лише у небі Землі. На небі інших планет роль полярної грають інші зірки, оскільки осі обертання цих планет по-іншому нахилені стосовно площин їх орбіт. Цікаво, що і на нашому небі Полярна зірка не завжди була такою. Багато тисяч років тому вісь Землі була спрямована в інший бік і роль полярної зірки виконувала Вега. Справа в тому, що вісь обертання Землі знаходиться в постійному русі, описуючи в небі коло за час у 25800 років. Це явище названо прецесією, що перекладається з латинського як попередження рівнодення. Причина прецесії — у невеликій плескатості земної кулі. Через це Місяць та інші тіла Сонячної системи силою свого тяжіння повільно повертають земну вісь. Куди ж рухається вісь світу сьогодні? Поки що все ще у бік Полярної зірки, що перебуває(як вказувалося вище) точно на небесному полюсі, але в відстані близько 1° від цього. До 2100 року ця відстань скоротиться вдвічі, після чого полюс світу почне повільно віддалятися від зірки, продовжуючи свій рух у напрямку сузір'я Цефея.
Факт № 3. Полярна - дороговказ.
Як же орієнтуватися за Полярною зіркою? Насамперед потрібно навчитися знаходити її на небі. Найпростіше це зробити, відштовхуючись від ковша Великої Ведмедиці - найвідомішого зіркового малюнка. Візьмемо дві крайні зірки в ковші і подумки проведемо через них пряму. Полярна зірка знаходиться на п'ятикратній відстані Мерак-Дубге (назви зірок у ковші Великої Ведмедиці). Колір зірки жовтувато-білий і по блиску вона приблизно дорівнює цим зіркам.
Знайшовши Полярну зірку, проведемо від неї лінію перпендикулярну до горизонту. Місце перетину лінії з обрієм вкаже на північ. Знайти решту сторін світу вже просто: південь знаходиться в протилежному боці, схід праворуч, а захід — ліворуч від Полярної зірки. Інша цікава та важлива характеристика Полярної зірки – її висота над горизонтом. Завдяки близькості до полюса світу Полярна практично нерухома для цього місця. Однак висота зірки над горизонтом може змінюватись в залежності від вашого географічного розташування. Так, перебуваючи на Північному полюсі, ми побачили б Полярну не в зеніті, а на екваторі (тобто на "біці" Землі) Полярна зірка була б практично точно на горизонті. Отже, висота Полярної зірки над обрієм визначає широту нашого місцезнаходження. Вимірюючи щоночі кут між Полярною зіркою і горизонтом у напрямку півночі, мореплавці минулого могли дізнатися, як далеко вони просунулися на північ чи південь.
Факт № 4. Полярна - найяскравіша зірка у сузір'ї Малої Ведмедиці.
Полярна зірка входить до складу невеликого сузір'я Малої Ведмедиці. Це сузір'я складається із 7 зірок. На відміну від Великого Ківша до складу Малого входить лише три більш менш яскраві зірки. Тому розрізнити його на небі набагато складніше. Полярна зірка - крайня зірка у ручці Малого Ківша. Кохаб і Феркад - крайні зірки в Ковші. Ці дві зірки часто називають Стражами Полюса. Як відомо, астрономи здавна позначають найяскравіші зірки у сузір'ях літерами грецького алфавіту. Літерою "альфа" позначається, як правило, найяскравіша зірка сузір'я, друга за яскравістю - буквою "бета" і так далі, аж до букви "омега". Тому Полярна зірка це ще й альфа (?) Малої Ведмедиці.
Факт №5. Полярна зірка має безліч імен.
Мабуть, жодна інша зірка не має стільки назв, скільки має Полярна. Багато безліч імен вказує на дві основні її ознаки: перебування на полюсі і, як наслідок, на її нерухомість. Багато народів вважали Полярну зірку своєрідним колом, вбитим у небо, навколо якого кружляють решту зірок. Звідси походять такі її назви, як Небесний Кіль, Прикол-зірка, Залізний кіл, Північний цвях — назви, які ми знаходимо в тюркських та фінно-угорських мовах. У Росію ім'я Полярна прийшло з німецької мови під час правління Петра I. До цього Полярна зірка мала інше ім'я, що має, втім, той же сенс, — Північна. Хакаси називали Полярну - Прив'язаний кінь. (і тут назва відсилає нас до нерухомості цієї зірки.) А для евенків Полярна зірка бачилася як Діра в небі. Назви Полярної, що не мають відношення до її розташування, трапляються рідко. Найвідомішим із таких імен є, мабуть, ім'я Кіносура "хвіст собаки". Так називали Полярну зірку стародавні греки та римляни; але в ту епоху Полярна ще не виконувала функцію власне полярної зірки (2000 років тому ближче до північного полюса світу була зірка Кохаб або Малої Ведмедиці). що не існує в природі, хвіст Ведмедиці.
Існує цікава гіпотеза походження імені Кіносура. Саме так, згідно з Алленом та іншими дослідниками зоряних імен, називалося в давнину все сузір'я Малої Ведмедиці. В одній із версій міфу про народження Зевса, бога-немовля годували якийсь час у печері дві ведмедиці — Геліка (або Геліс) та Кіносура, які пізніше були піднесені на небо вдячним Зевсом. Геліка стала Великою Ведмедицею, а Кіносура - Малою. Пізніше ця назва почала ставитися тільки до Полярної зірки.
Факт № 6. Полярна - зірка надгігант.
Тепер подивимося на фізичні характеристики Полярної. Вже при спостереженні в бінокль помітний жовтуватий колір. Полярна зірка лише трохи гарячіша за Сонце: температура її поверхні становить приблизно 6000 К. Але на цьому подібність із Сонцем і закінчується. Полярна зірка, як і переважна більшість зірок, видимих на небі неозброєним оком, набагато яскравіша за Сонце. Спектральні дослідження показали, що зірка належить до класу зірок-надгігантів. Її радіус у 46 разів більший за радіус Сонця, а світність приблизно в 2500 разів перевищує сонячну. "Приблизно", оскільки точна величина світності Полярної зірки невідома через те, що астрономи не знають точну відстань до неї.
Зірки з такими характеристиками як у Полярної становлять лише частки відсотка серед загальної кількості зірок у Всесвіті. Чому ж зірки-надгіганти рідкісні? Справа в тому, що стадія надгіганта в житті зірки дуже короткочасна і настає лише після вичерпання ядерного палива у її ядрі. Зірки на кшталт Полярної — завжди старі об'єкти, що сильно проеволюціонували. Це не означає, що дійсний вік таких зірок великий — так, Полярна зірка не старша 70 мільйонів років, — проте їхній життєвий цикл, на відміну від Сонця, вже добігає кінця. Знаючи фізичні характеристики Полярної, можна припустити, якою зіркою вона була на протязі більшої частини свого життя. Найімовірніше Полярна була яскравою блакитною зіркою спектрального класу? з масою в 5 разів більше за масу Сонця і радіусом у 3,5 рази більше за сонячне. Температура її поверхні була вищою втричі і становила близько 18000 До.
Факт № 7. Полярна зірка - найяскравіша і одна з найнезвичайніших цефеїдів на небі.
Після того, як в ядрі зірки практично весь водень перетворений на гелій, світило входить у фазу нестабільності. Тиск випромінювання в ядрі слабшає, і воно починає стискатися, зовнішні шари зірки, навпаки, збільшуються в розмірах — зірка стає гігантом або навіть надгігантом. Крім того, таке світило починає пульсувати - відчувати коливання в розмірах, температурі та блиску. Полярна зірка також пульсує, то збільшуючись, то зменшуючись обсягом. Разом з цим трохи змінюється і її блиск, щоправда, зовсім непомітно для очей. Коливання Полярної дуже ритмічні і мають період 3,97 діб - зірка працює точно, як годинник. Астрономи знайшли безліч подібних зірок і виділили їх у цілий клас зірок-цефеїд. Цефеїди мають схожі пульсації, але не схожі один на одного, як дві краплі води. Вони мають різні маси, розміри, розрізняються за температурою і, як наслідок, мають різні амплітуди та періоди пульсацій. Проте всі цефеїди поєднує цікава залежність: періоди їх пульсацій безпосередньо залежать від їх світності (кількості світла, що випромінюється ними). Чим більший період, тим більша світність таких зірок. Відкриття цієї залежності відіграло дуже важливу роль в астрономії, оскільки дозволило визначити відстань до інших галактик.
Ще початку 1970-х років амплітуда блиску Полярної змінювалася не більше 0,27m. Така зміна блиску знаходиться на межі виявлення неозброєним оком. Після цього амплітуда Полярної, і так невелика, почала різко зменшуватися. Передбачалося навіть, що на початку XXI століття зірка зовсім не буде цефеїдою. Деякі астрономи висловлювали міркування, що Полярна зірка — перший зафіксований випадок припинення пульсацій цефеїди через її виходи межі смуги нестабільності внаслідок еволюції. Однак у районі 1993 року зменшення амплітуди пульсацій Полярної різко зупинилося, і з того часу становить 0,032 м. При цьому яскравість зірки збільшилась на 15%. Деякі астрономи вважають, що зірка не припиняє свої пульсації, а навпаки, знаходиться в процесі розвитку до основного періоду 5,7 днів, стаючи звичайною цефеїдою з великим коливанням блиску.
Факт № 8. У минулому Полярна була менш яскравою.
Блиск Полярної зірки збільшився протягом останніх 100 років на 15%. Це безперечний факт. Наскільки яскравою була Полярна 2000 років тому? Випускник університету Вілланови Скотт Енгл (Scott Engle) вирішив заново проаналізувати дані по блиску Полярної, вказані в каталогах Птолемея (137), Ас-Суфі (964), Тихо Браге та інших астрономів. Привівши дані до єдиної шкали, він отримав, що в даний час Полярна в 2,5 рази яскравіша, ніж за часів Птолемея. На цілу зоряну величину. Якщо висновки Енгла та його команди вірні, то блиск Полярної змінився за минулі 2000 років у 100 разів більше, ніж передбачає сучасна теорія зоряної еволюції. Не дивно, що більшість учених поставилися до роботи астрономів скептично. Однак Енгл і його команда, до всього іншого, виявили в стародавніх джерелах і натяки на варіації в блиску Полярної з періодом у 4 дні, що могло б говорити про те, що в минулому амплітуда була набагато більшою, ніж зараз. Дослідження було опубліковано в авторитетному журналі Science, і це, звичайно, надає йому якийсь знак якості. Однак це не означає, що висновки Енгла є остаточними.
Факт № 9. Полярна - потрійна зірка.
Ми всі звикли говорити про Полярну як про зірку, хоча насправді це система зірок. Не задовольняючись ні статусом "полярної", ні статусом аномальної цефеїди, Полярна до всього є потрійною зіркою, тобто має дві зірки-супутника, пов'язані з нею силами взаємного тяжіння. Один із супутників видно вже у невеликі аматорські телескопи. Це зірочка майже 9 зоряної величини, що розташована на відстані 18 кутових секунд від Полярної зірки. Вперше її спостерігав у 1780 знаменитий астроном XVIII століття Вільям Гершель. Полярна "B" є звичайною зіркою спектрального класу F3V: вона тільки в 4 рази яскравіша за Сонце і в 1,4 рази масивніша за нього. Поруч із жовтувато-білою Полярною її тьмяний супутник виглядає зеленуватим. Насправді, колір у зірок не буває зеленим — так уже влаштований зір людини. В даному випадку ми спостерігаємо хоч і красиву, але все ж таки оптичну ілюзію, викликану близькістю супутника до Полярної зірки. Другий компонент системи (який позначається як Полярна Ab) знаходиться набагато ближче до Полярної зірки, так що до недавнього часу на його присутність вказували тільки спектральні спостереження.
Вперше Полярну Ab побачили лише 2006 року за допомогою космічного телескопа "Хаббл". Кутова відстань між Полярною A і Полярною Ab дорівнювала всього 0,133?: під таким кутом видно рубльову монету з відстані 30 кілометрів. Насправді відстань між Полярною А та її найближчим супутником становить щонайменше 2 мільярди кілометрів. Один оберт навколо загального центру мас вони роблять приблизно за 30 років. Полярна Ab схожа за своїми характеристиками на Полярну B. Вона відноситься до спектрального класу F6V, в 1,26 разів масивніше Сонця і в 3 рази яскравіше нашої зірки.
Факт №10. Відстань до Полярної зірки.
Вище говорилося у тому, що цефеїди грають найважливішу роль астрономії. Завдяки жорсткій залежності між періодами пульсацій та світністю вони є своєрідними маяками Всесвіту, дозволяючи визначати відстані до інших галактик. Найближча цефеїда — Полярна зірка, відстань до неї оцінюється приблизно 400 світлових років. На такій відстані паралакси (зміна видимого положення об'єкта по відношенню до віддаленого фону в залежності від знаходження спостерігача) дають велику похибку. Найточніший на сьогоднішній день паралакс Полярної, визначений супутником Гіппаркос (HIPPARCOS), має похибку у 8 світлових років або близько 2%.
Астроном Девід Тернер (David Turner) випустив статтю, в якій показав, що сучасна відстань до Полярної зірки на цілих 111 світлових років менша, ніж виміряв Гіппаркос. Для своїх досліджень астроном скористався найбільшим російським телескопом діаметром дзеркала 6 метрів (телескоп БТА). Голландський астроном Флоор Ван Лейвен (Floor van Leeuwen), який "відповідає" за дані Гіппаркоса, тут же написав статтю у відповідь, в якій довів, що дані супутника вірні, - на відміну від даних Тернера. Диспут відразу вилився на широкі простори мережі Інтернет, увагу йому приділили багато ЗМІ. Ще б! Адже якщо ми приймемо нову відстань до Полярної зірки, то маємо одночасно визнати, що справжній масштаб Всесвіту сильно переоцінювався. Можна піти далі і поставити під сумнів тезу про темпи розширення Всесвіту, адже за відкриття в цій галузі вже дали Нобелівську премію в 2011 році. Так хто ж має рацію...
