Исследовательская работа по астрономии

Районная (в рамках областной) заочная олимпиада

«Планета Земля. Взгляд из космоса»

(в рамках 20 Всероссийской олимпиады учебных и научно-исследовательских проектов детей и молодежи «Созвездие-2019»)

Номинация «Астрономия»

 «Мифы и факты  о Полярной звезде»    

Работу выполнил: член клуба «Биология и Я» Ким Денис, 13 лет

                                                          Руководитель: Ершова Анна Леонидовна

.

Чесменка

2019

Оглавление

Введение                                                                                            4-6                                                                                 

Звездное небо  над головой                                                             7-10             

         Созвездия Большой и Малой Медведиц

         Чудо Малой Медведицы – Полярная звезда

         Полярная звезда  - путеводная звезда

Астрономы о Полярной звезде                                                  12- 21                                                                                                                                                                                   

        Мифы и факты  о Полярной звезде

Мои наблюдения Полярной звезды                                            21

          Заключение                                                                                  22                                                               

          Литература                                                                                  23                                                        

Введение

Разные люди, говоря о космосе, употребляют это слово в разных смыслах. Для одних это то место, куда летают космонавты на своих космических кораблях. Для других – всё, что не Земля. А некоторые, говоря о космосе, просто имеют в виду что-то очень-очень большое, колоссальное, часто даже совсем не относящееся к астрономии.

Звездное небо  во  все  времена  занимало  воображение  людей.  Почему зажигаются звезды? Сколько их сияет в ночи?   Далеко ли они от нас? Есть  ли границы у звездной Вселенной? С глубокой древности человек  задумывался  над этими и многими другими вопросами, стремился понять, и осмыслить  устройство того большого мира, в котором мы живем.

Самые ранние  представления  людей  о  нем  сохранились  в  сказках  и легендах.  Прошли  века  и  тысячелетия,  прежде  чем  возникла  и  получила глубокое  обоснование  и  развитие  наука  о  Вселенной,    раскрывшая   нам замечательную простоту,  удивительный  порядок  мироздания.  Недаром  еще  в древней Греции ее называли  Космосом  а  это  слово  первоначально  означало «порядок» и «красоту». Люди давно живут на земле. Когда-то никто из них не умел читать и писать. Но и в то далекое время родители показывали детям звезды и палочкой рисовали на песке узоры созвездий. Звездное небо было первой Великой Книгой, которую люди учились читать и понимать. Фигурам из ярких звезд – созвездиям -  они давали имена. А потом возникла астрономия – наука о звездах и других светилах.

Я впервые заинтересовался космосом и астрономией на занятиях внеурочной деятельности «Почемучка». Увидел огромную книгу у учителя на столе, взял ее и понял, что мне это интересно. Я задавал вопрос за вопросом,  но учитель сказала мне, что ответы на них я найду, прочитав эту книгу. А потом, вечером задержался во дворе и поднял голову вверх. А там такая красота! Тысячи маленьких огоньков разбросаны по огромному темному покрывалу. Я спросил у себя: “Что это? Как это устроено? Почему это такое, а не иное? И как вообще это всё, там, наверху,  держится?”

Попросил книгу - это был Атлас звездного неба, долго рассматривал ее дома. Родители показали мне в интернете фотографии обсерватории в Санкт-Петербурге, где установлен огромный телескоп. С помощью него  можно увидеть небо в разные ночные часы, звезды ведь не стоят на месте, они все время движутся; и можно услышать много интересного о звездах, планетах и галактиках, можно разглядеть планеты так близко, что, кажется можно дотронуться до них. Обсерватория – это еще и очень интересное здание. Её крыша имеет форму купола и вращается по часовой стрелке. В куполе есть прорезь, которая открывается для того, чтобы телескоп смотрел в небо. А из-за того, что крыша вращается, щель может быть открыта в направлении любого уголка неба. Пол же может опускаться и подниматься. Это я прочитал в Атласе.

И как же интересно, что же там, за пределами видимости телескопа? Насколько велика Вселенная? Откуда она появилась? Что с ней происходит сейчас и что будет потом? Какая же звезда самая яркая?

Она всегда у нас над головой?

Кто не слышал о Полярной звезде?

Полярная звезда, вероятно, самая известная звезда на небе. В отличие от других звезд, которые ночами видны то на востоке, то на юге, то на западе, которые восходят над горизонтом и заходят за горизонт, подобно Солнцу и Луне, Полярная звезда почти не меняет своего положения на небе. И зимой, и летом она указывает направление на север, к полюсу Земли.

Именно из-за своего положения на небе Полярная звезда и приобрела такую популярность. Между тем, простому человеку, не специалисту-астроному, о самой звезде известно немного, часто — вообще ничего. А ведь мы живем в век космических полетов и новых удивительных открытий об окружающей нас Вселенной. И получение знаний об окружающем нас мире очень важно, ведь мы только начали учиться. Поэтому я думаю, что мои рассуждения о Полярной звезде – актуальная тема.

Цель работы: Я решил выяснить, почему Полярная звезда такая важная для нас, жителей северного полушария Земли, и что знают о ней ученый - астрономы.

В соответствии с поставленной целью мне предстоит решить следующие задачи:

- познакомиться с созвездиями, окружающими Полярную звезду;

- узнать, как найти Полярную звезду на небе;

 - познакомиться с интересными мифами и фактами о Полярной звезде;

- пронаблюдать звезду на небе.

Предмет исследования: Небо северного полушария Земли ( над нашей головой)

Объект исследования: Полярная звезда.

Гипотеза: Предположу, что поиск ответов на мои вопросы, поможет приоткрыть некоторые тайны звёздного неба и,  я думаю, что моя работа о Полярной звезде вызовет у моих одноклассников интерес к астрономии.

Звездное небо над головой

Люди давно живут на земле. Когда-то никто из них не умел читать и писать. Но и в то далекое время родители показывали детям звезды и палочкой рисовали на песке узоры созвездий. Звездное небо было первой Великой Книгой, которую люди учились читать и понимать. Древние астрономы очень внимательно следили за всем, что происходит на небе. Они заметили, что в течение ночи одни созвездия появляются в восточной части неба, а другие опускаются за линию горизонта на западе, и что есть звезды, которые никогда не уходят за горизонт. Такими созвездиями в нашей местности являются созвездия Большой и Малой Медведиц.

Созвездие Большой Медведицы легко найти в любое время года. На старинных картах его изображали вот так:

Созвездие Большой Медведицы из атласа Я. Гевелия.

Яркие звезды этого созвездия напоминают большой ковш или кастрюлю с ручкой. Только в очень-очень темную ночь, когда видно много слабых звезд созвездия Большой Медведицы, можно вообразить себе, как из них получаются голова медведицы, ее туловище, лапы и даже хвост! Ведь у настоящих медведей хвоста не бывает… 

После того, как мы познакомились с Большой Медведицей, попытаемся найти и Малую Медведицу. Нарисуем ковш Большой Медведицы. Через крайние звезды ковша (Мерак и Дубхе) проведем линию, а затем пять раз отложим отрезок, равный расстоянию между этими звездами. И мы упремся в Полярную звезду! Она находится  на конце ручки ковшика Малой Медведицы. А он   как будто опрокинут над ковшом Большой Медведицы.

.

Почему Полярную звезду называют путеводной звездой?

Если сделать фотографию с большой выдержкой неподвижной камерой, мы увидим, как движутся звезды по небу в течение ночи.

           Снимок неба неподвижной камерой

У Полярной звезды — самая маленькая дуга из всех звезд, видимых невооруженным глазом. Земля вращается как волчок — вокруг своей оси. Точки, где ось вращения Земли пересекается с поверхностью планеты, называются Северным и Южным полюсами Земли. Продлив ось вращения Земли в небо, мы получим северный и южный полюса небесной сферы или, как их называют астрономы, полюса мира. Значит, Полярная звезда находится ближе всех звезд к полюсу мира! Из-за этого она все время находится фактически на одном и том же месте, вне зависимости от времени суток и года. Неподвижность Полярной звезды вот уже полторы тысячи лет делает ее верным ориентиром для мореплавателей, скотоводов и путешественников

  Полярная – путеводная звезда

Даже в наше время полезно знать, как можно ориентироваться по Полярной звезде.

Интересно, что и на нашем небе Полярная звезда не всегда была таковой.

Две тысячи лет назад ось вращения Земли была направлена в другую сторону и ближе всего к северному полюсу мира была звезда Кохаб из созвездия Малой Медведицы.

Что знают астрономы о Полярной звезде?

Многие считают, что Полярная звезда – самая яркая звезда на небе.

Это не так! В списке самых ярких звезд неба Полярная находится только на 46 месте. В большом городе, где ночное небо не черное, а, скорее, рыжее от уличных фонарей, Полярную звезду часто бывает трудно найти.

Откуда же появилось заблуждение, что Полярная звезда — самая яркая? Вероятно, причина кроется  в той важной роли, которую Полярная играет в жизни нашего общества. Известность  Полярная приобрела вовсе не из-за блеска, а из-за своего особенного положения на небе.

          

Полярная звезда в верхней части фотографии (точка в центре)

Полярная звезда — пожалуй, одна из самых известных звезд на небе. По популярности она уступает разве что Солнцу, а из ночных светил уж точно самая известная. Не удивительно, что многие люди считают её какой-то особенной, выделяющейся или размерами, или яркостью, и наделяют её в своём воображении различными качествами, которые ей вообще не присущи. Так Полярная звезда обрастает множеством мифов и заблуждений. И если эти заблуждения не развеять, в ситуации, когда её нужно будет найти на небе, чтобы сориентироваться, все эти мифы могут привести к ошибкам. А для заблудившегося человека в условиях дикой природы такие ошибки в определении сторон горизонта  могут быть смертельно опасными.

Мифы  о Полярной звезде

Миф 1. Полярная звезда и Венера — одно и то же

Скорее всего этот миф связан с видимым размером Венеры: она кажется больше и ярче по сравнению с другими светилами ночного неба, видимыми с Земли. Поскольку согласно другого мифа Полярная звезда — самая яркая звезда на небе, видя Венеру, человек может подумать, что раз этот объект самый яркий, значит это — Полярная звезда.

На самом деле, Полярная звезда и Венера — это совершенно разные небесные тела. Венера — это планета солнечной системы, по размерам немного меньшая, чем Земля, а Полярная звезда — именно звезда, радиус которой в 30 раз превышает радиус нашего Солнца. Расстояние от Земли до Венеры в среднем в 37,5 миллионов раз меньше, чем расстояние до Полярной звезды (в среднем — потому что расстояние до Венеры значительно меняется из-за движения планет по орбитам, но минимальная разница составляет 15 млн раз). Главное же: на небе эти два светила располагаются в разных местах и обычно хорошо видны. Если уметь находить Полярную звезду и знать, где в конкретной местности в конкретное время года на небе находится Венера, обе их можно найти и убедиться, что это два разных небесных тела.

Ситуация, которую на территории западной части России можно наблюдать зимой — над горизонтом видны одновременно и Венера, и Киносура.

Название истинной северной Полярной звезды — Киносура.

Существует интересная гипотеза происхождения имени Киносура. Именно так, согласно Аллену и другим исследователям звёздных имён, называлось в древности всё созвездие Малой Медведицы. В одной из версий мифа о рождении Зевса, бога-младенца кормили какое-то время в пещере две медведицы — Гелика (или Гелис) и Киносура, которые позже были вознесены на небо благодарным Зевсом. Гелика стала Большой Медведицей, а Киносура — Малой. Позже это название стало относиться только к Полярной звезде.

Чуть реже это заблуждение встречается в другой формулировке: Полярная звезда – это планета. И это тоже миф: Полярная звезда – это звезда. Более того, современные исследования показывают, что это целая система из 3 звезд, которые сегодня даже удалось сфотографировать с помощью мощных телескопов.

Снимок Полярной звезды в телескоп: видны две звезды-компаньона, которые для невооруженного глаза сливаются в одну.

Значит Полярная звезда и Венера — это не одно и то же, а совершенно разные небесные объекты.

И раз уж мы заговорили про яркость, вспомним про другой миф…

Миф 2. Полярная звезда – самая яркая звезда на небе

Полярная звезда далеко не самая яркая на ночном небе. Самой яркой звездой в видимом спектре является Сириус из созвездия Большого Пса, ещё несколько звезд на ночном небе более яркие, чем Полярная, что нередко приводит к ошибкам в ориентировании у новичков: они идут на самую яркую звезду, считая её Полярной, и отклоняются от северного направления.

Кстати, отсюда «растут ноги» у другого мифа: Сириус — это и есть Полярная звезда. Это тоже грубая ошибка. Сириус находится в созвездии Большого Пса, Полярная звезда — в созвездии Малой Медведицы, причем расстояние между этими звездами очень значительное. Сириус не является Полярной звездой, никогда ею не был и не будет.

Тоже типичная зимняя картина звездного неба с Киносурой и Сириусом

Это значит,  что Полярная звезда — не самая яркая на ночном небе. Яркость многих звезд гораздо  большая, и поэтому искать самую яркую звезду, чтобы сориентироваться, опасно из-за вероятности ошибки.

И снова из одного мифа вытекает следующий: раз уж было сказано про созвездия, вспомним  заблуждение про расположение Полярной звезды.

Миф 3. Полярная звезда находится в созвездии Большой Медведицы

Полярная звезда находится в созвездии Малой Медведицы, но из-за слабой яркости других звезд в этом созвездии во многих случаях (особенно в населенных пунктах) кроме самой Полярной звезды ни одна из остальных звезд этого созвездия не видна. В то же время рядом с ней находится хорошо заметное и узнаваемое созвездие Большой Медведицы с несколькими яркими светилами. За счет этого, кстати, именно по созвездию Большой Медведицы Полярную звезду  чаще всего находят на небе. Не удивительно, что многие люди склонны причислять Полярную звезду именно к Большой Медведице. На самом деле это ошибка: Полярная звезда — это самая яркая звезда в созвездии Малой Медведицы.

Полярная звезда находится в созвездии Малой Медведицы, а Большая Медведица лишь используется для её нахождения.

Миф 4. Полярная звезда видна из любой точки планеты

Полярная звезда видна только из северного полушария, если этому не мешают метеоусловия, рельеф местности и другие факторы, причем в северном полушарии её можно увидеть практически из любого места с открытым звездным небом. 

Этот миф связан с тем, что исторически сложилось так, что Полярную звезду рассматривали в качестве основного путеводного, навигационного небесного тела. Человек, плохо разбирающийся в вопросе, может решить, что в качестве такой путеводной звезды с древних времен люди могли использовать только светило, которое было бы видно отовсюду.

Действительно, в древнем мире, где Полярная звезда уже приобрела статус главного навигационного светила, она была видна отовсюду, как минимум потому, что древние развитые цивилизации были сконцентрированы именно в северном полушарии и люди здесь видели её всегда.

А последующее открытие земель южнее экватора, где Полярная скрывается за горизонтом, уже не смогло изменить отношения к ней.

Полярная звезда видна из любой точки северного полушария планеты. На южной половине планеты она не видна.

Некоторые факты  о Полярной звезде

    Теперь давайте посмотрим, что говорят астрономы о Полярной.

При наблюдении в бинокль заметен её желтоватый цвет. Полярная звезда лишь немного горячее Солнца: температура её поверхности составляет примерно 6000 К. Но на этом сходство с Солнцем и заканчивается. Полярная звезда, как и подавляющее большинство звёзд, видимых на небе невооруженным глазом, гораздо ярче Солнца. Спектральные исследования показали, что звезда принадлежит к классу звёзд-сверхгигантов. Её радиус в 46 раз больше радиуса Солнца, а светимость примерно в 2500 раз превышает солнечную. "Примерно", так как точная величина светимости Полярной звезды неизвестна в силу того, что астрономы не знают точное расстояние до неё. Звёзды с такими характеристиками как у Полярной, составляют лишь доли процента среди общего количества звёзд во Вселенной. Почему же звезды-сверхгиганты редки? Дело в том, что стадия сверхгиганта в жизни звезды весьма кратковременна и наступает лишь после исчерпания ядерного горючего в ее ядре. Звёзды вроде Полярной — всегда старые, сильно проэволюционировавшие объекты. Это не значит, что действительный возраст таких звезд велик — так, Полярная звезда не старше 70 миллионов лет, — однако их жизненный цикл, в отличие от Солнца, уже подходит к концу. Зная физические характеристики Полярной, можно предположить, какой звездой она была на протяжении большей части своей жизни. Вероятнее всего Полярная была яркой голубой звездой с массой в 5 раз больше массы Солнца и радиусом в 3,5 раза больше солнечного. Температура ее поверхности была выше раза в три и составляла около 18000 К.

Астрономы внимательно наблюдали звезду и обнаружили, что она – переменная! С периодом  четыре  дня Полярная звезда то увеличивает свой блеск, то уменьшает. Но совсем немного, для простого глаза это незаметно.

Блеск Полярной звезды увеличился за последние 100 лет на 15%. Это - факт. Насколько яркой была Полярная 2000 лет лет назад? Выпускник университета Виллановы в Филадельфии Скотт Энгл решил заново проанализировать данные по блеску Полярной, указанные в каталогах Птолемея (137 г.), Ас-Суфи (964 г.), Тихо Браге и других астрономов. Приведя данные к единой шкале, он получил, что в настоящее время Полярная в 2,5 раза ярче, чем во времена Птолемея. На целую звёздную величину. Если выводы С.Энгла и его команды верны, то блеск Полярной изменился за прошедшие 2000 лет в 100 раз больше, чем предсказывает современная теория звёздной эволюции. Неудивительно, что большинство ученых отнеслись к работе астрономов скептически. Однако С.  Энгл и его команда обнаружили в древних источниках  намёки на вариации в блеске Полярной с периодом в 4 дня, что могло бы говорить о том, что в прошлом амплитуда была гораздо бо́льшей, чем сейчас. Исследование было опубликовано в авторитетном журнале Science,  что конечно, придает ему некий знак качества. Однако это не значит, что выводы Энгла окончательны.

А расстояние до Полярной звезды?

Спутник Гиппаркос

Расстояние до неё оценивается примерно в 400 световых лет. На таком расстоянии параллаксы (изменения видимого положение объекта по отношению к удаленному фону в зависимости от нахождения наблюдателя) дают большую погрешность. Самый точный на сегодняшний день параллакс Полярной, определенный спутником Гиппаркос  имеет погрешность в 8 световых лет или около 2%

Астроном Дэвид Тёрнер выпустил статью, в которой показал, что современное расстояние до Полярной звезды на целых 111 световых лет меньше, чем измерил Гиппаркос. Для своих исследований астроном воспользовался крупнейшим российским телескопом с диаметром зеркала 6 метров (телескоп БТА). Голландский астроном Флоор Ван Лейвен, "отвечающий" за данные Гиппаркоса, тут же написал ответную статью, в которой доказал, что данные спутника верны, — в отличие от данных Тёрнера. Диспут тут же вылился на широкие просторы сети Интернет, внимание ему уделили многие СМИ. Еще бы! Ведь если мы примем новое расстояние до Полярной звезды, то должны будем одновременно признать, что истинный масштаб Вселенной сильно переоценивался. Можно пойти дальше и подвергнуть сомнению тезис о темпах расширения Вселенной, а ведь за открытия в этой области уже дали Нобелевскую премию в 2011 году. Так кто же прав...

Ответы на эти вопросы со временем можем дать мы, когда станем знаменитыми астрономами.

Мои наблюдения

Для всех очевидно, что картина звездного неба меняется в зависимости от времени суток. Созвездия, которые вечером были видны на юге, ночью смещаются к западу, а утром и вовсе заходят за горизонт. А другие созвездия, которые вечером восходили на востоке, ночью находятся уже высоко в южной части неба. Звёзды вращаются с востока на запад с периодом в сутки, с востока на запад и отражают вращение Земли с запада на восток.

Мы с мамой решили пронаблюдать Полярную звезду. Вышли на открытое место, где деревья не закрывают небо. Сначала надо было найти Большую Медведицу. Она была расположена невысоко над горизонтом вниз ручкой Ковша. Через крайние звезды ковшика созвездия мы мысленно провели линию немного влево и увидели Полярную звезду.

        Этот снимок мы сделали осенью 2018 года.

Звезду  было хорошо видно. Она была немного желтоватая и не очень яркая. А ковш Малой Медведицы мне помогла найти мама.  

Заключение

Вот закончился мой рассказ о Полярной звезде. Она оказалась удивительной звездой: переменной и тройной! Мне теперь знакомы созвездия Большой и Малой Медведиц. Я  знаю, как  найти на небе эту важную звезду, которая указывает путь на север.

Список литературы

1.     Цветков В.И. Космос. Полная энциклопедия – М., Эксмо, 2008.  Астрономия и космос/ Науч. – поп. издание для детей. – М., ЗАО «Росмэн-прэсс», 2008,  (Детская энциклопедия РОСМЭН).

2.     Я познаю мир. Космос: энцикл./ авт.-сост. Т.Гонтарук. – М., АСТ: Хранитель, 2008.

3.     Я познаю мир. Астрономия: энцикл./ Н.Я.Дорожкин. – М., АСТ: Атрель, 2007.

4.     Долгова А.В., Короленкова Т.Г. Наша планета Земля. М., Пилигрим, 1998г.

5.     Комаров В.Н. Приглашение к звёздам. М.: Детская литература, 1985 г.

6.     Дубкова С.И. Энциклопедия тайн и загадок вселенной. М., Детская литература, 2000г.

7.     Статьи и фотографии астрономического сайта «Астронет» и компьютерного планетария «Red Shift – 6».

8.     https://fishki.net/1894512-severnyj-gvozd-ili-poljarnaja-zvezda.html 

9.     http://dira.wauu.ru/news/zagadki_kosmosa/2010-08-26-10