Познавате ли най-известната звезда – Полярната?

Полярната звезда вероятно е най-известната звезда на небето. Какво е известно на астрономите за нея днес?

Руският астрономически сайт „Голяма вселена” е подбрал 10 факта за Полярната звезда, част от които вероятно са добре познати на любителите на астрономията, а други може да станат откритие. „Мегавслена” не може да подмине толкова подробна и ограмотителна статия и ето че пред вас са фактите за тази важна пътеводна звезда.

Кой от нас не е чувал за Полярната звезда? Още Шекспир в Юлий Цезар” с устата на главния герой е говорил:

Но аз съм
като Полярната звезда, която
по неподвижност и непроменливост
е без съперница. Небето горе
осеяно е със безброй искрици,
от огън всичките и с блясък всяка,
ала сред тях едничка тя не мръдва
от свойто място…

За разлика от другите звезди, които в различно време се виждат ту на изток, ту на юг, ту на запад, изгряват над хоризонта и залязват зад него, подобно на Слънцето и Луната, Полярната звезда почти не променя своето положение на небето и зиме, и лете, като сочи посоката север, към полюса на Земята.

Именно заради своето положение на небето Полярната звезда е придобила такава популярност. Между другото, обикновеният човек, който не е специалист по астрономия, знае много малко за самата звезда, често – почти нищо. Да се опитаме да попълним тази празнота, като посочим някои интересни факти, а заедно с това да развенчаем някои митове за Полярната звезда.

Полярната звезда не е най-ярка на небето

Твърдението, че Полярната звезда е много ярка, е една от най-разпространените астрономически заблуди. Много хора, които не са добре запознати със звездното небе, смятат, че Полярната звезда е много ярка, ако не и най-ярката.

Това не е така. В списъка на най-ярките звезди на небето Полярната се намира чак на 46-о място, отстъпвайки значително на такива звезди като Сириус, Вега или Арктур. Блясъкът на Полярната звезда е равен на 2-ра звездна величина, което е сравнимо със звездите на Голямата мечка. Например в голям град, където нощното небе не е черно, а по-скоро рижо от уличните лампи, Полярната звезда често трудно може да се открие.

Откъде се е появила заблудата, че Полярната звезда е най-ярката? Вероятно причината се крие в нейната известност и във важната роля, която играе като ориентир. Но да повторим, че тази популярност тя е придобила не заради своя блясък, а заради особеното си положение на небето.

Намира се близо до Северния полюс

Вероятно мнозина са забелязвали, че картината на звездното небе се променя в зависимост от времето на денонощието. Съзвездията, които вечерта са се виждали да речем на юг, през нощта се изместват на запад, а сутринта се скриват зад хоризонта. Други съзвездия, които вечерта са изгрели на изток, през нощта вече са високо в южната част на небето. Звездите, както ни се струва, са прикрепени към небесната сфера и се въртят заедно с нея от изток на запад с период едно денонощие. Разбира се, няма никаква небесна сфера, това е измама на нашите усещания, а въртенето на звездите от изток на запад само отразява въртенето на Земята от запад на изток.

Земята се върти като пумпал – около своята ос. Точките, където оста на въртене се пресича с повърхността на планетата, се наричат Северен и Южен полюс. Ако продължим оста на въртене на Земята в небето, ще получим северен и южен полюс на небесната сфера, или както ги наричат астрономите, небесни полюси. Сега да си представим, че се намираме на Северния полюс. Около ледовете, тишината, ясното небе…

За денонощие всички звезди описват в небето окръжност, но колкото по-близо се намират звездите към зенита, толкова по-малки са радиусите на описваните от тях окръжности. Ясно е, че в зенита се намира Северният небесен полюс, около който се въртят всички звезди. Но близо до зенита звездите са почти неподвижни и описват около него съвсем малки кръгове.

Уникалността на Полярната звезда е в това, че тя се намира най-близо в сравнение с другите звезди, видими с невъоръжено око, до Северния небесен полюс, на разстояние около 1°. Поради това тя през цялото време се намира фактически на едно и също място, независимо от времето на денонощието и годината. Неподвижността на Полярната звезда вече 1500 години я прави верен ориентир за мореплавателите, скотовъдците и пътешествениците.

Интересното е, че Полярната звезда невинаги е играла тази роля. Преди много хиляди години оста на въртене на Земята е била насочена в друга посока и ролята на полярна звезда е изпълнявала Вега. Оста на въртене на Земята се намира в постоянно движение, описвайки в небето кръг за 25 800 години. Това явление се нарича прецесия, и означава прецесия на равноденствията. Причината за прецесията е леката сплеснатост на земното кълбо. Поради това Луната и другите тела в Слънчевата система със силата на своето привличане бавно изместват земната ос.

Всъщност Северният небесен полюс се намира почти на 1° от Полярната звезда. Но денонощната окръжност, която описва около него Полярната звезда, практически е незабележима за нашите очи.
© Rogelio Bernal Andreo/Большая Вселенная/Мегавселена

Накъде се движи оста днес? Все още към Полярната звезда. Да не забравяме, че Полярната звезда не се намира точно на небесния полюс, а на около 1° от него. Към 2100 година това разстояние ще се намали двойно, след което световният полюс бавно ще започне да се отделя от звездата, продължавайки своето движение в посока към съзвездие Цефей.

Пътеводната звезда

Как да се ориентираме по Полярната звезда? Преди всичко е необходимо да се научим да я откриваме в небето. Най-лесно е да го направим, като се оттласнем от коша на Голяма мечка – най-известната звездна рисунка. Вземаме двете крайни звезди в коша (те се наричат Дубхе и Мерак) и мислено прокараме права линия през тях. Полярната звезда се намира на петкратно разстояние колкото Мерак-Дубхе. Цветът на звездата е жълтеникавобял и по блясък е приблизително равна на тези звезди.

Когато открием Полярната звезда, прекарваме от нея линия, перпендикулярна на хоризонта. Мястото на пресичане на линията с хоризонта сочи север и го прави по-точно от компас! Да открием останалите посоки на света, вече е лесно – юг се намира в противоположната посока, изток е вдясно, а запад – вляво от Полярната звезда.

Друга интересна и важна характеристика на Полярната звезда е нейната височина над хоризонта. Вече споменахме, че благодарение на близостта си до световния полюс тя е практически неподвижна. Но височината на звездата над хоризонта може да се променя в зависимост от вашето географско положение.

Така, ако се намирате на Северния полюс, ще я видите в зенита, а на екватора Полярната звезда практически би била точно на хоризонта. Следователно височината й над хоризонта определя ширината на нашето местонахождение. Измервайки всяка нощ ъгъла между Полярната звезда и хоризонта в посока север, мореплавателите от миналото са разбирали колко далече са се придвижили на север или на юг.

Най-ярката звезда в съзвездие Малка мечка

Полярната звезда влиза в състава на малкото съзвездие Малка мечка. Това съзвездие не е много изразително и се състои от седем звезди. За разлика от коша на Голямата мечка в състава на малкия влизат само три по-ярки звезди. Затова съзвездието по-трудно се различава на небето.

Трите най-ярки звезди на Малка мечка имат своите имена – Полярна звезда, както и звездите Кохаб и Феркад. Полярната звезда е крайната звезда от „черпака” на Малка мечка. Кохаб и Феркад са крайните звезди от самия кош. Тези две звезди често се наричат Стражи на полюса.

Колаж: Мегавселена

Както е известно, астрономите отдавна обозначават най-ярките звезди в съзвездията с букви от гръцката азбука. Буквата „алфа” обозначава най-ярката звезда в съзвездието, втората по яркост е „бета” и т.н., чак до „омега” (това правило има нередки изключения). Затова Полярната звезда е алфа (α) на Малка мечка. Малко й отстъпва по блясък Кохаб – бета (β), а звездата Феркад е γ на Малка мечка.

Полярната звезда има много имена

Никоя друга звезда няма толкова имена, колкото има Полярната. Почти всички сочат двата главни нейни признака – положението й на полюса и като следствие – нейната неподвижност.

Най-известното от тях е Северна звезда, а много народи са смятали Полярната звезда като своеобразен кол, набит в небето, около който кръжат всички останали звезди. Оттук произлизат и такива названия като Небесен кол, Железен кол, Северен пирон и прочие.

По-поетично са я наричали хакасите – Вързан кон. Наименованието Полярна, нямащо отношение към нейното местоположение, се среща рядко. Най-известното от тези имена е Киносура, което произлиза от гръцката дума Κυνόσουρα – кучешка опашка. Така са наричали полярната звезда древните гърци и римляни, но в онази епоха Полярната звезда още не е изпълнявала такава функция (преди 2000 години по-близо до небесния полюс е била звездата Кохаб, или β на Малка мечка).

Интересно е, че на древните карти Полярната звезда наистина отбелязва своеобразна опашка, но не кучешка, а дълга, несъществуваща в природата, опашка на Мечката.

Съзвездията Голяма и Малка мечка имат дълги опашки, каквито мечките нямат. Полярната звезда се намира на върха на опашката на Малка мечка.
© J. C. Casado/TWAN

Съществува интересна хипотеза за произхода на името Киносура. Именно така според изследователите на звездните имена в древността се е наричало цялото съзвездие Малка мечка. В една от версиите на мита за раждането на Зевс младият бог бил кърмен в пещера от две мечки – Хелика (или Хелис) и Киносура, които по-късно били възнесени на небето от благодарния Зевс. Хелика станала Голямата мечка, а Киносура – Малката. По-късно това название започнало да се отнася само към Полярната звезда.

Звезда свръхгигант

Сега да разгледаме физическите характеристики на Полярната звезда. Още при наблюдение в бинокъл се забелязва нейният жълтеникав цвят. Полярната звезда е малко по-гореща от Слънцето – температурата на нейната повърхност е около 6000 К. Но с това приликите със Слънцето приключват.

Както и повечето звезди, видими с невъоръжено око, Полярната е доста по-ярка от Слънцето. Спектрални изследвания са показали, че звездата принадлежи към звездите свръхгиганти. Нейният радиус е 46 пъти по-голям от този на Слънцето, а светимостта превишава слънчевата около 2500 пъти. Казваме „примерно”, тъй като точната величина на светимост на Полярната звезда е неизвестна, понеже астрономите не знаят много добре разстоянието до нея.

Звездите с характеристики като на Полярната са само част от процента сред общото количество звезди във Вселената, но именно те най-добре се виждат на небето, тъй като са доста по-ярки от повечето останали. Защо звездите свръхгиганти са редки?

Стадият свръхгигант в живота на звездите е кратък и настъпва едва след изчерпване на ядреното гориво в нейното ядро. Звездите от рода на Полярната са винаги стари, силно еволюиращи обекти. Това не означава, че действителната им възраст е голяма – Полярната звезда е на не повече от 70 милиона години, но жизненият й цикъл, за разлика от Слънцето, вече отива към своя край.

Знаейки физическите характеристики на Полярната звезда в сегашно време, ние можем да предположим каква звезда е била тя през по-голямата част от своя живот. Вероятно тя е била ярка синя звезда от спектрален клас В с маса, 5 пъти по-голяма от масата на Слънцето и н радиус, 3,5 пъти по-голям от слънчевия. Температурата на повърхността й е била около 18 000 К.

Най-ярката и една от най-необичайните цефеиди на небето

След като в ядрото на звездата практически целият водород е преобразуван в хелий, светилото встъпва във фаза на нестабилност. Налягането на излъчването в ядрото отслабва и то започва да се свива, външните слоеве на звездата – обратно – започват да се увеличават в размери. Звездата става гигант или дори свръхгигант.

Освен това такова светило започва да пулсира – изпитва колебания в размерите, температурата и блясъка. Полярната звезда също пулсира, ту се увеличава, ту намалява в обем. Заедно с това малко се променя и нейният блясък, което обаче е незабележимо за очите. Колебанията на Полярната звезда са много ритмични и имат период 3,97 дни – звездата работи точно като часовник.

Астрономите са открили множество подобни звезди и са ги отделили в цял клас звезди цефеиди (наречени в чест на звездата δ Цефей). Цефеидите, макар да имат сходни пулсации, не се явяват подобни една на друга като две капки вода. Те имат различни маси, размери, различни амплитуди и периоди на пулсации. Но всички цефеиди се обединяват от интересна зависимост – оказва се, периодите на техните пулсации пряко зависят от тяхната светимост (количеството изпускана от тях светлина) – колкото по-голям е периодът, толкова повече е светимостта на такива звезди.

Откриването на тази зависимост е изиграло много важна роля в астрономията, тъй като е позволило да се определи разстоянието до други галактики. Общо на небето съществуват около 40 класически цефеиди, които се виждат с невъоръжено око, и Полярната звезда е най-ярката и близката от тях. Във връзка с това през последното столетие астрономите доста подробно са изследвали нейната променливост. И са открили, че звездата е доста „своенравна”.

Още в началото на 70-те години амплитудата на блясъка на Полярната звезда се е изменяла в пределите на 0,27^m. Такова изменение на блясъка се намира на границата на откриването с невъоръжено око. След това амплитудата на Полярната, и без това неголяма, започнала рязко да намалява. Предполагало се също, че към началото на XXI век звездата изобщо ще престане да бъде цефеида.

Някои астрономи са смятали, че Полярната звезда е първият фиксиран случай на прекратяване на пулсациите на цефеидите поради нестабилност вследствие на еволюцията. Но през 1993 година намаляването на амплитудите на пулсациите рязко спряло и оттогава е 0,032^m. При това яркостта на звездата се увеличила с 15%.

В миналото Полярната звезда е била по-малко ярка

И така, блясъкът на Полярната звезда се е увеличил за последните 100 години с 15%. Това е безспорен факт. А какво, ако надникнем още по-дълбоко в миналото? Колко ярка е била Полярната звезда преди 2000 години? Дипломантът от университета Виланова Скот Ангъл е изчислил, че сега Полярната звезда е 2,5 пъти по-ярка, отколкото по времето на Птолемей. С цяла звездна величина.

Възможно ли е подобно нещо? Ако изводите на Ангъл и екипът му са верни, то блясъкът на Полярната звезда се е променил за изминалите 2000 години 100 пъти повече, отколкото предсказва съвременната теория на звездната еволюция. Не е чудно, че повечето учени се отнесли към работата на астрономите скептично.

Но Ангъл и екипът му открили в древните източници и намеци за вариации в блясъка на Полярната звезда с период 4 дни, което би могло да говори за това, че в миналото амплитудата е била доста по-голяма от сега.

Изследването е публикувано в авторитетното списание Science, което му придава известен знак за качество. Но това не означава, че изводите на Ангъл са окончателни.

Полярната е тройна звезда

Всички сме свикнали да говорим за Полярната звезда като за звезда, докато всъщност това е система от звезди. Тя е тройна звезда, тоест има две звезди спътници, свързани с нея от силите на взаимно привличане.

Един от спътниците се вижда в малки любителски телескопи. Това е звезда от почти 9-а звездна величина, разположена на разстояние 18 ъглови секунди от Полярната. За първи път е наблюдавана през 1780 г. от знаменития астроном на XVIII в. Уилям Хершел. Полярна B е обикновена звезда от спектрален клас F3V: тя е само 4 пъти по-ярка от Слънцето и 1,4 пъти по-масивна от него.

Полярна А и Полярна Ab, разделени на снимки на „Хъбъл“.
© NASA, ESA, N. Evans (Harvard-Smithsonian CfA), H. Bond (STScI)

Ако имате телескоп, задължително погледнете към Полярната звезда. Редом до жълтеникавобялата Полярна звезда нейният мъждив спътник изглежда зеленикав. Всъщност цветът не е зелен – така е устроено зрението на човека. В дадения случай ние наблюдаваме макар и красива, но все пак оптична илюзия, предизвикана от близостта на спътника към Полярната звезда.

Вторият компонент от системата (обозначаван като Полярна Ab) се намира доста по-близо до Полярната звезда и доскоро за присъствието му указваха само спектрални наблюдения. За първи път Полярна Ab е видяна едва през 2006 година с помощта на космическия телескоп „Хъбъл”. Ъгловото разстояние между Полярна А и Полярна Ab се оказало равно на 0,133″: под такъв ъгъл може да се види монета от разстояние 30 километра.

Полярната звезда представлява система от три звезди. Полярна А е ярка звезда свръхгигант. Полярна В се намира на 18 ъглови секунди от нея и се вижда в любителски телескоп, а Полярная Ab се намира близо до Полярна А и е видяна едва през 2006 година с космическия телескоп „Хъбъл“.
© NASA, ESA, G. Bacon (STScI)

В действителност разстоянието между Полярна А и близкия й спътник е около 2 милиарда километра. Един оборот около общия център на масите те извършват за 30 години.

Полярна Ab прилича по характеристики на Полярна В. Тя се отнася към спектрален клас F6V, 1,26 по-масивна от Слънцето и 3 пъти по-ярка от нашата звезда.

Разстоянието до Полярната звезда

Вече споменахме, че цефеидите играят важна роля в астрономията. Благодарение на строгата зависимост между периодите на пулсации и светимост, те са своеобразни фарове във Вселената, позволяващи да се определи разстоянието да други галактики.

Това работи по следния начин: отначало астрономите определят разстоянието до близките и ярки цефеиди пряко, с метода тригонометричен паралакс. Измерва се също светимостта на звездите (по известния блясък и разстоянието до тях) и периодите на техните пулсации.

Натрупвайки данни за всички цефеиди, разстоянията до които са известни, астрономите въвеждат формула на зависимостта на периода на такива звезди от тяхната светимост. Тази формула след това позволява да се разбере разстоянието дори за много далечни цефеиди, чийто паралакс е невъзможно да се измери.

Именно така, наблюдавайки цефеидите в Андромеда, американският астроном Едуин Хъбъл в края на 20-те години на миналия век отначало е определил разстоянието до нея (и така е доказал съществуването на други галактики), а след това е построил първата скала на разстоянията във Вселената.

Методът на цефеидите се прилага широко и днес. Фактически цялото знание за мащабите на Вселената, размерите на другите галактики и разстоянието до тях се базира на цефеидите.

Но има малък проблем. Цефеидите, както стана дума, са доста редки „зверове”. Затова няма нищо чудно, че в непосредствена близост от Слънцето не се е оказала нито една такава звезда. Най-близката цефеида е Полярната звезда, но и тя е далече – разстоянието до нея се оценява на около 400 светлинни години.

На такова разстояние паралаксите дават голяма грешка. Най-точният днес паралакс на Полярната звезда, определен от спътника Хипаркос (HIPPARCOS), има грешка от 8 светлинни години, или около 2%. Какво да кажем за по-далечните цефеиди?

На този фон астрономът Дейвид Търнър е публикувал статия, в която обяснява, че съвременното разстояние до Полярната звезда е с цели 111 светлинни години по-малко, отколкото е измерил Хипаркос! За своите изследвания астрономът се е възползвал от големия руски телескоп с диаметър на огледалото 6 метра (телескопа БТА).

Екипът на Търнър детайлно е изследвал спектъра на Полярната звезда и е изяснил, че звездата свети доста по-слабо, отколкото си мислели астрономите, основавайки се на измерванията на паралакса. Излиза, че Хипаркос невярно е измерил разстоянието до Полярната звезда.

Холандският астроном Флор ван Лейвен, който „отговаря” днес за данните от Хипаркос, веднага написал ответна статия, в която доказал, че данните от спътника са верни, за разлика от данните на Търнър. Спорът веднага се излял в широките простори на интернет, много медии му отделили внимание, показвайки, че дебатите носят не само академичен, но и световен характер.

Ако приемем новото разстояние до Полярната звезда, то трябва да признаем, че истинският мащаб на Вселената силно е надценяван. Може да стигнем и по-далече и да подложим на съмнение темповете на разширение на Вселената, а за откритие в тази област вече дадоха Нобелова награда през 2011 година.

Кой е прав? Астрономите още не бързат да подлагат на съмнение данните на Хипаркос. Но и не бива да се отхвърлят просто така аргументите на Търнър. Барбара Макартър, астроном изследовател от Тексаския университет, планира да събере нови данни и да определи паралакса до звезда компаньон на Полярната – Полярна В, която се намира практически на едно и също разстояние от Земята, както и главната звезда. Резултатите ще станат известни след няколко години.