Коперник. 112-й элемент. Продолжение 1
…К изложению Семен Борисович приступил с большой опаской. Он понимал, что люди, элементарно сведущие в астрономии, не очень-то нуждаются в пояснениях, которые он намеревался дать. А для тех, кто, в сущности, незнаком с астрономией, будет нелегко – а, скорее всего, просто невозможно воспринять на слух определения, требующие и определенного пространственного мышления, да и просто хотя бы желания выслушать и понять эти скучные материи.
Колеса поезда постукивали на стыках, вагон плавно покачивался, проводник заглянул в купе, спросив, не хочет ли кто чаю. Нет, для чаепития было еще рановато, и Семен Борисович обратился к спутникам, как это обычно делал на лекциях.
– Для начала нам необходимо познакомиться с некоторыми элементарными понятиями, составляющими, так сказать, «язык» астрономии, и прежде всего – с небесной сферой.
Что такое сфера? Ну, представьте себе, скажем, футбольный мяч – поверхность, все точки которой отстоят на равное расстояние от одной точки – центра сферы. Понятно, что сферу как объемную поверхность адекватно изобразить на плоском листе бумаги невозможно, но если нарисовать ее в виде окружности, то тут не так уж придется напрягать воображение, чтобы представить ее выпуклость.
Итак, нарисуем окружность.
…Астроном использовал нехитрый прием, который всегда показывал студентам. Зажав карандаш между большим и указательным пальцами, он упер средний палец в лист бумаги и повернул лист на плоскости стола на 360 градусов. Получилась правильная окружность – хоть циркулем проверяй!
Он продолжил:
– Любое сечение сферы плоскостью представляет собой круг. Если сферу пересечь плоскостью, проходящей через ее центр, то получится так называемый большой круг, а если секущая плоскость не проходит через центр сферы – малый круг. Понятно, что больших и малых кругов можно провести сколь угодно много.
…Семен Борисович нарисовал большой и малый круг в виде овалов.
– Под расстоянием на сфере понимается отрезок дуги большого круга, соединяющий две точки; это расстояние в астрономии выражается не в линейных мерах (ну, в километрах или в дюймах, что ли), а в градусной мере (то есть в градусах и минутах дуги) или, если хотите, в радианах. Расстояние в градусной мере между точками на сфере не зависит ни от радиуса сферы, ни от положения ее центра в пространстве. Это-то понятно?
Василий Михайлович будто бы усомнился вначале, но потом, поводив пальцем по листку с окружностью, согласился: «Да, понятно».
– А углы на сфере между пресекающимися большими кругами измеряются во все той же градусной мере.
– Понятно, – закивали Василий Михайлович и Андрей.
– Впрочем, еще одно понятие необходимо освоить. Речь идет о полюсах. Что вам говорит этот термин?
…Василий Михайлович немедленно откликнулся:
– Ну как же, что тут непонятного. У любого аккумулятора, ну даже у простой батарейки, один полюс – «плюс», а другой – «минус».
Ведущий несколько смутился:
– Извините, коллега, я о других полюсах.
– А, вы об этом… Ну как же, как же, – полюс – это там, где холодно, разная там Арктика, Антарктика… Еще Папанин с папанинцами.
– Почти так, но все-таки не совсем. А где находится полюс по отношению к экватору?
– А, понял! – радостно, как ребенок, обрадовался Василий Михайлович.
– Вот то-то и оно. Полюсами большого или малого круга сферы называются точки на сфере, отстоящие от всех точек данного круга на одинаковое расстояние. Чему равно это расстояние для большого круга?
– Девяноста градусам, – немедленно откликнулся Андрей.
– Молодец, студент, именно девяноста градусам, или четверти окружности.
– Нет, профессор, – взмолился механик. – Дайте малый ход, я на такой вашей скорости сообразить не успеваю.
…Игорь Викторович продолжал свои расчеты, не вмешиваясь в разговор, но было видно, что он слушает вполуха. Студент выставился в окно, словно пытаясь что-то увидеть на пробегающих мимо полях. Василий Михайлович вышел в коридор и минут двадцать отсутствовал, и возвратился с плохо скрываемым выражением отчаяния на лице:
– ну что же, Семен Борисович, средний вперед, да не шибко добавляйте обороты, а то у меня в голове подшипники перегреваются.
– Даю средний, – откликнулся ведущий. – Далее переходим к небесной сфере. Определение у этого понятия очень простое: небесной сферой называют сферу произвольного радиуса с центром в произвольной точке пространства, используемую для решения астрономических задач.
– Ничего себе определение, – удивился Василий Михайлович. – Значит, у небесной сферы все произвольно: и радиус, и положение центра. Получается прямо по пословице: куда хочу, туда и ворочу. так хоть какая-нибудь определенность в этом понятии есть?
– А определенность заключается в том, что если мысленно сместить параллельно самим себе лучи, идущие от светил к глазу наблюдателя, чтобы они прошли через центр сферы, то на сфере отобразится картина звездного неба так, как ее усматривает наблюдатель в данный момент. Каждому небесному светилу (звезде или планете, Солнцу, Луне) на сфере соответствует определенная точка. ее называют местом этого светила на сфере (в обиходе – просто светилом). а плоскостям в пространстве соответствуют на сфере большие круги. Помните, что такое большой круг?
а теперь давайте разберемся, как привязать небесную сферу к конкретному наблюдателю. Для этого ответьте мне, пожалуйста, чем один наблюдатель отличается от другого.
…Василий Михайлович даже несколько растерялся:
– Да мало ли чем – ростом, возрастом, цветом глаз, но какое это может иметь отношение к астрономии?
– Действительно, никакого. Ну а ты, будущий физик, что скажешь?
…Андрей, словно смущенный прямым к нему обращением, полувопросительно откликнулся:
– Наверное, направлением силы тяжести в точке его местонахождения?
– Молодец, студент, считай, что «пятерка» тебе обеспечена! Именно так: исходным понятием небесной сферы, связанным с местоположением наблюдателя, можно считать отвесную линию, то есть направление свободно подвешенного на нитке грузика. направлению вверх соответствует точка на сфере, называемая зенитом, а направлению вниз – называемая надиром. Это запомнить легко: вверху – зенит, внизу – надир. У каждого отдельно взятого наблюдателя, если только один не сидит на плечах у другого, свой собственный зенит и свой собственный надир.
Небесная сфера. Z – зенит, Z´– надир, ZZ´ – отвесная линия, σ – место светила, NESW – истинный горизонт – большой круг, aa – малый круг, z – зенитное расстояние светила
Точки зенита и надира являются полюсами большого круга – математического, или истинного горизонта, плоскость которого перпендикулярна отвесной линии. Математический горизонт – понятие, которое, конечно, родственно видимому горизонту, но не совпадает с ним. Видимый горизонт – это пространство, которое можно окинуть взглядом, на поэтическом языке – окоём. А истинный горизонт – математическая абстракция.
Все светила, наблюдаемые на небосводе, совершают правильное круговое движение вокруг воображаемой оси мира – так называемое видимое суточное движение. Неподвижные точки, относительно которых совершается это движение, или, иначе говоря, в которых ось мира пересекается с небесной сферой, называются полюсами мира. Для наблюдателей, находящихся в северных географических широтах, надгоризонтным, или повышенным, является северный полюс мира, а в 
южных – южный. В сферической астрономии доказывается фундаментальная теорема: высота над горизонтом повышенного полюса мира равна географической широте местоположения наблюдателя.
Небесная сфера. P, P´– полюсы мира, φ – географическая широта места наблюдателя, PZP´Z´ – небесный меридиан наблюдателя, AA´– небесный экватор
…Андрей добавил:
– А вблизи северного полюса мира находится звезда из созвездия Малой Медведицы, которую называют Полярной. Измерив ее высоту над горизонтом, как раз и получаем широту места.
– правильно, так и есть на основании названной мною теоремы. А большой круг, полюсами которого являются полюсы мира, называется небесным экватором. Нетрудно сообразить, что образующая его плоскость параллельна географическому экватору.
большой круг, проведенный через полюсы мира, называется небесным меридианом. среди бесчисленного множества меридианов выделяется один, который называется небесным меридианом наблюдателя. Он проводится как через полюсы мира, так и через зенит и надир данного наблюдателя.
Пересечение истинного горизонта с небесным меридианом наблюдателя дает точки севера и юга, а с небесным экватором – востока и запада. Этими точками горизонт делится на четыре равные части.
Таков круг понятий, связывающих небесную сферу с местоположением конкретного наблюдателя. через них можно выразить происходящие для него астрономические явления. Пересекая линию горизонта в восточной половине сферы, светила восходят. После восхода высота светила увеличивается вплоть до верхней кульминации – пересечения полуденной части небесного меридиана наблюдателя, а затем высота уменьшается и светило заходит, пересекая горизонт в западной его части. У другого наблюдателя эти же круги и точки – отвесная линия и математический горизонт, точки, отмечающие стороны света, – займут на небесной сфере иное положение.
– Стоп машина! – заявил Василий Михайлович. – Это как же понимать – выходит, что когда я ходил в Антарктику на криля, значит, я этот ваш математический горизонт носил с собой, и свой родной небесный меридиан, то есть, иначе говоря, таскал с собой всю свою небесную сферу? А ведь там совсем другие звезды светят на небе: и Южный Крест, и – штурман мне показывал – и альфа Центавра, и Тукан…
– Всё верно, горизонт-то вы с собой носили, но его положение относительно звезд изменялось с изменением широты вашего местонахождения, 
поэтому и картина звездного неба в южных широтах иная, чем в северных, – заметил Семен Борисович. – Но небесная сфера, точки и круги которой связаны с конкретным наблюдателем, неудобна для рассмотрения взаимного расположения небесных светил и их движений относительно друг друга.
Небесный экватор и эклиптика
Чтобы освободиться от этого неудобства,нужно при построении небесной сферы исключить видимое суточное движение светил, остановить ее, чтобы она не вертелась, и отказаться от указания на сфере зенита и надира, горизонта и небесного меридиана наблюдателя.
Что же тогда на сфере останется? Останутся полюсы мира и небесный экватор, положение которых на небесной сфере не зависит от местонахождения наблюдателя.
А теперь нанесем на сферу эклиптику – большой круг небесной сферы, по которому совершается движение центра Солнца относительно звезд в течение года. Вдоль эклиптики располагаются известные двенадцать созвездий зодиака – «звериного круга – зодиакос киклос», как называли его древние греки.
– А что означает само слово «эклиптика»? – неожиданно оторвался от бумаг Игорь Викторович. – Должно быть, этот термин пришел из латыни?
– Совершенно верно, в русский язык это слово попало именно из латыни, но древние римляне заимствовали его у греков. По-гречески «эклейпсис» означает «затмение».
– Вот как? – встрепенулся Василий Михайлович. – А причем же тут затмение?
– А дело в том, что лунные и солнечные затмения могут происходить только тогда, когда Луна в своем движении на фоне звезд пересекает эклиптику.
К продолжению
