О самой яркой звезде ночного неба — Сириусе

Наука и жизньНаука

Ярчайшая

Кандидат физико-математических наук Алексей Понятов.

Фрагмент звёздного неба с Сириусом (самая яркая звезда) и Проционом (выше и левее). Они соседи не только на снимке, но и в реальности, между ними всего 5,24 св. года. Справа — созвездие Орион. Красноватая звезда вверху — Бетельгейзе, три звезды ниже — Пояс Ориона. Фото: Akira Fujii, астроном-любитель

Ослепительный, как Солнце,
южный Сириус горит…

К. Д. Бальмонт. Сириус

Сириус — самая яркая звезда ночного неба. Она помогала древним египтянам предсказывать несущий жизнь разлив Нила, с её помощью они определяли длину года. Мореплаватели использовали ярчайшую звезду для навигации, а поэтам она служила источником вдохновения. Сириус оказался в числе первых звёзд, до которых астрономы пытались определить расстояние и чьё собственное движение они обнаружили, и это первая звезда, у которой удалось сфотографировать спектр и по методу Доплера оценить скорость. Предсказание, а потом обнаружение невидимого спутника Сириуса явилось не только триумфом теории гравитации Ньютона, но и привело к одному из важнейших открытий в астрофизике и физике в целом — обнаружению белых карликов, что стало важной вехой в понимании эволюции звёзд.

Расположен Сириус в среднем по площади созвездии Большого Пса южного полушария неба*. Однако склонение Сириуса невелико, поэтому в России его можно наблюдать вплоть до 73° с. ш., хотя и невысоко над горизонтом. Осенью он виден под утро, зимой всю ночь, а весной — после захода Солнца. Летом Сириус не виден, поскольку восходит в дневное время. Он служит вершиной астеризма, получившего название Зимний треугольник. Помимо Сириуса в него входит Процион (α Малого Пса, 0,38m) и Бетельгейзе (α Ориона, 0,5m). Хотя Сириус очень заметная звезда, расположение близко к горизонту подчас скрадывает её блеск, и тогда в качестве ориентира для поиска можно использовать звёзды Пояса Ориона. Проведённая через них прямая на юго-восток (с наклоном вниз) укажет на Сириус. В этом направлении он будет ближайшей яркой звездой.

* См. статью: А. Понятов. Время Большого Пса. Зимнее Небо. — «Наука и жизнь» № 12, 2022 г.

Космический сосед Солнца

Сириус — самая яркая звезда неба, если исключить Солнце. Её видимая величина –1,46m. Она почти в два раза ярче Канопуса (–0,72m), второй по блеску звезды, которая в России не видна. Но сам по себе Сириус — типичная звезда главной последовательности, по массе всего в два раза больше Солнца, а по светимости превышает его в 25 раз. Такая выдающаяся яркость на земном небе связана с тем, что Сириус просто расположен близко к нам. До него лишь 8,6 св. года. По удалённости от Земли Сириус занимает седьмое место среди известных звёзд, но из заметных звёзд его опережает лишь ближайшая к нам Проксима Центавра**, которая находится на расстоянии 4,2 св. года.

**См. статью: А. Понятов. Ближайшая. — «Наука и жизнь» № 1, 2017 г.

Благодаря своей яркости Сириус с древности удобный объект наблюдения для астрономов. Птолемей даже выбрал Сириус, чтобы определить местоположение центрального меридиана земного шара. Астрономы изучают его и по сей день, используя всевозможные инструменты, как на земле, так и в космосе. Сириус — двойная звезда. Видимую невооружённым глазом главную яркую звезду также называют Сириус A, а тусклый компонент (8,44m) — Сириус B. Исследования Сириуса B тоже имеют богатую историю, поскольку он оказался одним из первых открытых белых карликов. Библиографический обзор SIMBAD содержит свыше 1500 ссылок на статьи с 1850 года, посвящённые системе Сириуса.

А всё-таки звёзды движутся!

Имя Эдмунда Галлея прочно ассоциируется с названной в его честь кометой, возвращение которой он впервые предсказал в 1716 году. Это замечательное достижение, прославившее его и ставшее значимым подтверждением теории тяготения Ньютона, часто затмевает другие важные открытия Галлея. А ведь он в 1717 году обнаружил собственное движение звёзд. До этого считалось, что эти небесные светила зафиксированы на очень далёкой вращающейся «сфере неподвижных звёзд». Галлей изучал смещение точек весеннего и осеннего равноденствий, связанное в первую очередь с прецессией земной оси, в результате которой ось вращения Земли описывает в пространстве конус. Для определения параметров 59прецессии он сравнил современные ему координаты звёзд с приведёнными в «Альмагесте» Птолемея (II век) и обнаружил, что Сириус, Альдебаран и Арктур сместились на десятки угловых минут, а это значительно больше, чем могла дать прецессия и другие факторы. В частности, Сириус сместился примерно на 30′, что близко к диаметру полной Луны. Столь большие значения было невозможно списать на ошибки измерения, а значит, звёзды двигались! Более того, Галлей сделал вывод, что звёзды с большим движением должны располагаться ближе к нам. Это было важнейшим открытием не только в астрономии, но и в философии, поскольку изменило существовавшую картину мира. Исследование заметного (примерно 1,3 угловой секунды в год) движения Сириуса в будущем приведёт к открытию его спутника Ф. Бесселем, но об этом речь ниже.

В 1783 году английский астроном, первооткрыватель Урана Уильям Гершель, сравнив известные к тому времени собственные движения 13 звёзд, обнаружил, что 11 из них движутся в общую точку вблизи звезды лямбда Геркулеса. Так было открыто движение Солнечной системы.

А в 1868 году Сириус стал первой звездой, для которой была сделана попытка измерить скорость с помощью эффекта Доплера. Но об этом я расскажу в разделе про спектры.

Траектория движения Сириуса по небесной сфере в 1780—1880 годах. Отклонения от прямой линии связаны с наличием у него спутника. Рисунок из книги: Фламмарион К. Звёзды и диковинки неба. 1882 г.

Астрономия невидимого. Открытие спутника Сириуса

Достаточно быстро после открытия Уильямом Гершелем Урана в 1783 году астрономы обнаружили его странное «неровное» движение по небу. Уже в 1820—1830-х годах они накопили достаточно данных, чтобы уверенно утверждать, что новая планета движется не так, как положено по закону тяготения. Это вызвало большой интерес учёных того времени: ведь такой факт мог свидетельствовать о недостатках в теории Ньютона или о влиянии ещё одной, более далёкой планеты.

В 1840 году немецкий астроном и математик, основатель и директор Кёнигсбергской обсерватории Фридрих Бессель пришёл к выводу, что наиболее вероятным объяснением поведения Урана является существование «неизвестной планеты», а через два года он даже сообщил Джону Гершелю, что готовится заняться этой проблемой. Но его отвлекла другая задача. Проанализировав и сравнив видимые положения ряда звёзд, определённые наблюдателями в Гринвиче, Палермо, Пулково, Кёнигсберге (в настоящее время это город Калининград) и Кейптауне за 90-летний период, он выяснил, что Сириус и Процион тоже движутся по небу волнообразно. 10 августа 1844 года Бессель написал в письме Джону Гершелю, что предполагает существование невидимых компаньонов у этих звёзд. Гершель немедленно опубликовал письмо в журнале «Monthly Notices of the Royal Astronomical Society» («Ежемесячные уведомления Королевского астрономического общества»).

Современники восприняли идею Бесселя скептически. Ведь заметное влияние спутника должно было означать, что по массе и, соответственно, размеру он сравним с главной звездой, но тогда почему он невидим? В другом письме Бессель блестяще ответил своим оппонентам: «Я придерживаюсь убеждения, что Сириус — это двойная звёздная система, состоящая из видимой и невидимой звезды. Нет никаких причин полагать, что светимость — необходимое свойство космического тела. Наблюдаемость несметного числа звёзд — не достаточный довод, чтобы опровергнуть несметное число звёзд невидимых».

Это письмо — важная веха в истории астрономии, с него началась астрономия невидимого.

Одним из немногих, кто поддержал Бесселя, был французский астроном Урбен Леверье, и это неудивительно — он сам взялся в 1845 году за вычисление орбиты невидимой планеты, влияющей на Уран. Именно его расчёты позволили Иоганну Галле открыть Нептун в 1846 году.

К сожалению, смертельная болезнь помешала Бесселю довести решение проблемы до конца. Орбиту Сириуса B рассчитал в 1851 году немецкий астроном Кристиан Петерс, сменивший Бесселя на посту директора Кёнигсбергской обсерватории. До переезда в Кёнигсберг он работал в российской Пулковской обсерватории вблизи Санкт-Петербурга. Кроме того, Петерс определил период обращения спутника в 50,093 года, что очень близко к современному значению 50,1284 года, а также оценил его массу — более шести масс Юпитера. По данным на 2017 год, его масса 1,018 ± 0,011 М (знаком ☉ обозначаются параметры Солнца), что примерно в 1100 раз больше массы Юпитера. Расстояние между компонентами двойной системы колеблется от 8,2 до 31,5 астрономической единицы (1 а. е. ≈ 150 млн км — расстояние от Солнца до Земли, для сравнения: в Солнечной системе среднее расстояние от Солнца до Сатурна примерно 9,5 а. е., а до Нептуна — 30 а. е.).

Несмотря на это поиски компаньона Сириуса долгое время не приводили к успеху. И, как часто бывает, он был найден случайно. В январе 1862 года американская фирма «Алван Кларк и сыновья», завершив изготовление линз для самого большого в мире 18,5-дюймового (47 см) телескопа-рефрактора, решила по традиции испытать их качество на реальных объектах. Для этого собрали кранообразную конструкцию, на которую установили линзы, и 31 января младший сын Алван Грейам Кларк навёл её на Сириус. Неожиданно он обнаружил рядом с ним неизвестную доселе звезду.

Тут надо отметить, что в 1844 году Сириус B находился на минимальном расстоянии от Сириуса A (угловое расстояние около 3″). Поскольку по яркости они различаются примерно в 10 000 раз, то увидеть Сириус B в этот период практически невозможно, Сириус A его просто затмевает. К 1851 году расстояние увеличилось, но ненамного, до 5,1″. А вот в 1869-м году компоненты системы должны были разойтись на наибольшее расстояние (13,3″). Поэтому в 1860-е годы обнаружение Сириуса B было уже вполне возможно. Но почему же его не нашли профессионалы? Скорее всего, потому, что уже не искали. Десятилетие безуспешных поисков остудило их интерес. А Кларку просто повезло. Он-то как раз не искал.

Судя по всему, Кларки не оценили полностью важность совершённого открытия, поскольку не были профессиональными астрономами и вряд ли знали о предсказании Бесселя и ажиотаже вокруг него. Однако младший Кларк был увлечённым наблюдателем двойных звёзд и имел привычку сообщать о своих открытиях новых систем профессиональным астрономам и даже местной прессе. Так об этом открытии узнал директор обсерватории Гарвардского колледжа Джордж Бонд, а вот он уже ясно осознавал потенциальную важность обнаружения слабой звезды около Сириуса. Бонд тут же бросился проверять, но мешала погода. Наконец, через неделю ему улыбнулась удача, и уже 12 февраля, Бонд написал сразу две статьи — в американский и немецкий журналы, честно указав Алвана Грейама Кларка в качестве первооткрывателя. Это было воспринято как крупное открытие, и Кларк даже получил в 1862 году астрономическую премию Фонда Лаланда. Теперь, зная где искать, увидеть новую звезду могли все желающие.

Алван Грейам Кларк и его помощник Карл Лундин (справа), который полирует линзу для 40-дюймового рефрактора Йеркской обсерватории, 1896 год. Источник: Yerkes Observatory

Однако несмотря на это по-прежнему оставалось неясным, является ли открытая звезда тем самым «телом Бесселя» или это случайная фоновая звезда, просто расположенная в направлении Сириуса. Проблему решил Отто Струве, в 1862 году сменивший прославленного отца на посту директора Пулковской обсерватории. И это при всех сложностях наблюдения, и погодных, и потому что на широте Санкт-Петербурга Сириус никогда не поднимается выше 13° над горизонтом. Понаблюдав в течение трёх лет, он доказал, что независимые звёзды из-за быстрого движения Сириуса должны были бы разойтись на большее расстояние, следовательно, они связаны. Кроме того, оценив соотношение их масс как 2,09 : 1 (весьма точно! сейчас 2,026 : 1), Струве пришёл к выводу, что, имей Сириус B ту же природу, что и главная звезда, то и светить он должен был ненамного слабее. А в реальности, по оценке Струве, он имеет лишь восьмую звёздную величину (по современным данным 8,44), то есть примерно в 10 000 раз слабее Сириуса. Это было непонятно, и российский астроном пришёл к пророческому выводу: «Эти два тела имеют очень разные физические свойства». Правда, насколько он прав, стало ясно лишь через 60 лет, когда разобрались, что Сириус B — не обычная звезда, а белый карлик.

Однако до конца XIX века эта странность почему-то осталась без особого внимания астрономов. Некоторые из них даже высказали предположение, что Сириус B — просто крупная планета, светящая отражённым светом. Это вполне объясняло его тусклость и не требовало изобретения новых физических механизмов. Но эту гипотезу опроверг ирландский астроном-любитель и автор нескольких популярных книг по астрономии Джон Гор. В 1891 году, используя параллакс Сириуса, он оценил расстояние до него и пришёл к выводу, что Сириус — примерно в 40 раз ярче, чем Солнце (на самом деле в 25). Затем Гор рассчитал среднее расстояние между главной звездой и компаньоном и оценил его яркость в случае, если бы он только отражал свет главной звезды. Получилось, что тогда в лучшем случае Сириус B выглядел бы лишь как звезда шестнадцатой величины, что намного меньше наблюдаемого её блеска. Поэтому Гор сделал вывод, что она светит собственным светом и является звездой, пусть и остывшей. Хотя точность его измерений была не очень высока, аргументы были достаточно обоснованы. О более точных результатах Струве он, видимо, не знал.

Любопытно, что в 1905 году Гор вернулся к этой проблеме и рассмотрел альтернативную гипотезу маленькой, а не холодной звезды. Сделав ряд обоснованных предположений, он подсчитал, что тогда компаньон будет иметь плотность в 44 282 раза больше, чем у воды. В то время такая высокая плотность вещества представлялась просто немыслимой, и Гор категорически отверг гипотезу. А ведь он был на правильном пути, по современным оценкам, Сириус B ещё в 50 раз плотнее, чем вычислил ирландский астроном.

В 1896 году американский астроном Джон Шеберле в Ликской обсерватории открыл Процион B, подтвердив и второе предсказание Бесселя. Этот белый карлик оказался значительно холоднее и, соответственно, тусклее Сириуса B, его видимая звёздная величина всего 10,75m, поэтому и отыскать его оказалось сложнее.

Изображение Сириуса A (в центре) и Сириуса B (точка внизу слева), полученное космическим телескопом «Хаббл» в 2003 году. Изображение Сириуса A переэкспонировано так, чтобы тусклый Сириус B можно было увидеть. Крест и кольца вокруг звёзд — артефакты системы визуализации телескопа. На основании измерения положения Сириуса B на этом изображении астрономы затем направили спектрограф STIS точно на белый карлик и провели измерения его спектра, гравитационного красного смещения и массы. Источник: NASA, ESA, H. Bond (STScI), and M. Barstow (University of Leicester)

Авторизуйтесь, чтобы продолжить чтение. Это быстро и бесплатно.

Регистрируясь, я принимаю условия использования

Рекомендуемые статьи

Учимся понимать наши растения Учимся понимать наши растения

Легко прочитать, как именно надо ухаживать за цветком, но почему именно так?

Наука и жизнь
Никто не может трогать эту древнюю лестницу в храме Гроба Господня! Узнайте почему Никто не может трогать эту древнюю лестницу в храме Гроба Господня! Узнайте почему

Как деревянная лестница несет в себе историю религиозных споров и дипломатии

ТехИнсайдер
Обман памяти Обман памяти

Как формируются ложные воспоминания?

Санкт-Петербургский университет
Сколько можно пить за рулем в разных странах Сколько можно пить за рулем в разных странах

Где вообще нельзя, а где можно немного выпить за рулем?

Maxim
От аэропорта до курицы От аэропорта до курицы

Джон Кеннеди стало одним из самых популярных имен для наречения улиц и школ

Дилетант
Владимир и Рогнеда Владимир и Рогнеда

Картина Антона Лосенко: как Владимир ходил свататься к дочери полоцкого князя

Дилетант
Москвич, бегущий по лезвию Москвич, бегущий по лезвию

Как два легендарных американских дизайнера спроектировали автомобиль «Москвич»

Правила жизни
Шитьё: нaряд вне очереди Шитьё: нaряд вне очереди

Вышивка — один из верных способов сделать внешний вид более ярким, праздничным

КАНТРИ Русская азбука
Катастрофа на озере Ниос: как токсичная вода за ночь унесла жизни 1746 африканцев Катастрофа на озере Ниос: как токсичная вода за ночь унесла жизни 1746 африканцев

Трагедия на озере Ниос: что произошло с обычным водоемом в тот жуткий день?

ТехИнсайдер
Танцуй, танцуй! Танцуй, танцуй!

Танцы — это не только красиво, но еще и полезно для здоровья

ЖАРА Magazine
В древнем горшке из Китая нашли остатки пищи эпохи неолита В древнем горшке из Китая нашли остатки пищи эпохи неолита

Ученые проанализировали пищевую корку в керамическом горшке из памятника Хэмуду

N+1
Рычит, но не испепеляет: каким получился второй сезон «Дома Дракона»? Рычит, но не испепеляет: каким получился второй сезон «Дома Дракона»?

Второй сезон «Дома Дракона»: каким он получился и как обманул ожидания фанатов

Правила жизни
«В чем подвох?»: почему мы ищем скрытый смысл там, где его нет «В чем подвох?»: почему мы ищем скрытый смысл там, где его нет

Почему мы ищем подвох там, где он даже не предполагался?

Psychologies
Задачу коммивояжера решили одним кубитом Задачу коммивояжера решили одним кубитом

Ученые оптимизировали маршрут между городами с помощью одного кубита

N+1
Неистовая Фанни. Драма террористки, покусившейся на вождя Неистовая Фанни. Драма террористки, покусившейся на вождя

О том, как любовная драма превратила наивную девушку Фанни Каплан в террористку

СНОБ
Лучшие годы Nissan Pathfinder Лучшие годы Nissan Pathfinder

Nissan Pathfinder: выдающиеся модели и те, о которых лучше не вспоминать

4x4 Club
В современном прочтении В современном прочтении

Интерьер на стыке классики и минимализма

SALON-Interior
Как табачные компании приучили женщин курить через идеи феминизма Как табачные компании приучили женщин курить через идеи феминизма

Как капитализм благими намерениями приучил женщин курить

Maxim
Новая жизнь Новая жизнь

Вилла в Сочи с интерьером вне времени

SALON-Interior
«Если ко мне не будут приставать, как я пойму, чего стою?»: почему женщины зависимы от (любого) мужского внимания «Если ко мне не будут приставать, как я пойму, чего стою?»: почему женщины зависимы от (любого) мужского внимания

Психолог рассказывает о культурных предписаниях, которые давно пора пересмотреть

Psychologies
Поможет не только на кухне: 6 неожиданных способов, как использовать кукурузный крахмал в быту Поможет не только на кухне: 6 неожиданных способов, как использовать кукурузный крахмал в быту

Кукурузных крахмал может помочь справиться с некоторыми бытовыми проблемами

ТехИнсайдер
Аллергия на дождь! Узнайте факты о необычной болезни: аквагенная крапивница Аллергия на дождь! Узнайте факты о необычной болезни: аквагенная крапивница

Аквагенная крапивница: что это за заболевание и как она влияет на жизнь человека

ТехИнсайдер
Однажды в Белом море Однажды в Белом море

Соловки – фантастической красоты природа и наблюдение за белухами

2Xplore
Прогресс не остановить: почему важно развивать искусственный интеллект в смартфонах Прогресс не остановить: почему важно развивать искусственный интеллект в смартфонах

Что предстоит сделать разработчикам, чтобы ИИ совершил рывок в развитии?

Forbes
Медовый приговор Медовый приговор

«Пчеловод»: социальный боевик со Стейтемом про сладкую месть

Weekend
«Талантливый писатель, но сволочь»: каким был Андрей Платонов «Талантливый писатель, но сволочь»: каким был Андрей Платонов

Как Платонов призывал к расправам и террору и почему раскаивался перед Сталиным

СНОБ
Набрать, сбросить, повторить: как актеры вынуждены менять свою внешность ради карьеры Набрать, сбросить, повторить: как актеры вынуждены менять свою внешность ради карьеры

Как актерам приходится издеваться над собственным телом под давлением продюсеров

Forbes
Исследование: женщины должны начинать ежегодную маммографию в возрасте 40 лет Исследование: женщины должны начинать ежегодную маммографию в возрасте 40 лет

Когда женщинам следует начинать делать маммографию? Ответ есть!

ТехИнсайдер
«Неизвестное» плато «Неизвестное» плато

«Глаз», «Ступа», «Ромашка» и секреты Вилюйского плато

Наука и жизнь
Новая смена Новая смена

Как помочь детям адаптироваться в незнакомом классе и не нажить проблем

Лиза
Открыть в приложении