Нил Тайсон - Добро пожаловать во Вселенную

14. Восходы и закаты

14. аНет, с точки зрения наблюдателя на Северном полюсе звезды не восходят и не заходят. Он видит, как в течение 24 часов звезды описы-

168

Решения вают на небосводе окружность вокруг Северного полюса небесной сферы.

Северный полюс мира с точки зрения наблюдателя на Северном полюсе

Земли находится прямо над головой, поэтому звезды описывают окружности параллельно горизонту (то есть на постоянной высоте над горизонтом), а следовательно, не садятся.

14. bС точки зрения наблюдателя на Северном полюсе Солнце, как и все остальные звезды, в течение 24 часов движется параллельно горизонту и, следовательно, не восходит и не садится. Однако в течение года Солнце смещается на небосводе относительно фоновых звезд, то есть его высота над горизонтом меняется. В частности, оно один раз восходит (в день весеннего равноденствия, 21 марта), после чего начинается шестимесячный «день», и один раз заходит (в день осеннего равноденствия, 21 сентября), знаменуя начало темной и холодной шестимесячной «ночи». Поскольку Аляска находится близко к Северному полюсу, Солнце в течение 24 часов сохраняет примерно постоянную высоту над горизонтом. Следовательно, в разгар лета там светло даже в полночь.

Существует воображаемая линия на широте +66,5°, так называемый

Полярный круг, к северу от которого в течение года есть такой период, когда

Солнце стоит над горизонтом 24 часа. Даже если находишься чуть южнее этой линии (например, почти на всей территории Аляски), в середине лета

Солнце в полночь уходит за горизонт не очень далеко, поэтому никогда по-настоящему не темнеет. Точно так же обстоят дела на Южном полюсе, но там с точки зрения календарных сезонов все наоборот (и летнее солнцестояние происходит 21 декабря).

14. сПоскольку Полярная звезда лежит на оси вращения Земли (почти точно), а ось вращения выходит из поверхности вертикально, Полярная звезда, если стоять на Северном полюсе, видна прямо над головой. Поскольку направление оси вращения Земли не меняется, Полярная звезда занимает это положение круглый год.

169

Решения

На самом деле Северный полюс небесной сферы движется, просто очень медленно; это называется «прецессия». Из-за воздействия Солнца и Луны направление оси вращения Земли смещается по небу на 1° каждые

175 лет, то есть эта ось описывает на небосклоне полный круг радиусом

23,5° каждые 26 000 лет. Этот эффект достаточно заметен: его можно, пусть и с трудом, увидеть на протяжении одной человеческой жизни даже без телескопов, и о нем знали еще древние греки.

14. dЕсли находиться на экваторе, ось вращения Земли параллельна поверхности, на которой стоишь, то есть горизонтальна. Поэтому

Полярная звезда видна на севере, прямо на горизонте, а следовательно, видна только тем наблюдателям, которым горизонт ничего не заслоняет.

Не забывайте, что до Полярной звезды много световых лет, поэтому то обстоятельство, что мы сидим на поверхности Земли, а не на ее оси, до которой от экватора 6400 км, влияет на угол наблюдения пренебрежимо мало.

Как и в части с), можно считать, что ось вращения Земли не меняется со временем, поэтому не меняется и положение Полярной звезды.

14. еСм. рис. 8. Мы знаем, что положение земной оси не меняется, откуда бы мы ни смотрели на нее — с полюсов, с экватора и даже из

Принстона, а следовательно, если смотреть из любой точки северного полушария Земли, положение Полярной звезды на небе останется прежним (естественно, с точки зрения наблюдателей из южного полушария она всегда невидима, так как находится ниже горизонта). Если смотреть из Принстона (широта +40°), Полярная звезда находится на

40° выше горизонта в направлении точно на север (более того, это один из общепринятых способов определить широту своего местонахождения в Северном полушарии). Как и на Северном полюсе (часть а)), все звезды с точки зрения наблюдателя вращаются по окружностям вокруг

Полярной звезды.

170

Решения

Полярная звезда

Не садится

Восходит и садится

Восходит и садится

Не восходит

Рис. 8.Схема к задаче 14.е. Точками отмечено положение Принстона на земной поверхности в разные моменты в зависимости от вращения Земли вокруг своей оси (вертикальной оси, направленной на Полярную звезду).

Прямые линии — локальные горизонты в каждой точке; нам видны только звезды над горизонтом. Конус наверху — область, где находятся звезды, которые при наблюдении из Принстона никогда не заходят.