Полярная звезда — звезда северного околополярного созвездия Малой Медведицы . Она обозначается α Малой Медведицы ( латинизировано до Альфа Малой Медведицы ) и обычно называется Полярной звездой или Полярной звездой . С видимой величиной , которая колеблется около 1,98, [3] это самая яркая звезда в созвездии, которую хорошо видно невооруженным глазом ночью. [16] Положение звезды находится менее чем в 1° от северного полюса мира , что делает ее нынешней северной полярной звездой . Устойчивое положение звезды на северном небе делает ее полезной для навигации .
Расстояние до ближайшей переменной цефеиды используется как часть космической лестницы расстояний . Пересмотренный звездный параллакс Hipparcos дает расстояние до Полярной звезды около 433 световых лет (133 парсеков ), тогда как миссия-преемница Gaia дает расстояние около 448 световых лет (137 парсеков ). Расчеты другими методами сильно различаются.
Хотя невооруженному глазу Полярная звезда кажется единой точкой света, она представляет собой тройную звездную систему , состоящую из главного желтого сверхгиганта , обозначенного как Полярная Аа, находящегося на орбите с меньшим спутником Полярис Ab; пара находится на более широкой орбите с Полярной звездой B. Внешняя пара AB была открыта в августе 1779 года Уильямом Гершелем , где буква «А» относится к тому, что теперь известно как пара Aa/Ab.
Полярная звезда Аа — развитый желтый сверхгигант спектрального класса F7Ib с массой Солнца 5,4 ( M ☉ ). Это первая классическая цефеида , масса которой определяется по ее орбите. Два меньших компаньона — это Полярная звезда B, звезда главной последовательности с размером 1,39 M ☉ F3 , вращающаяся на расстоянии2400 астрономических единиц (а.е.), [17] и Полярная звезда Ab (или P), очень близкая звезда главной последовательности F6 с массой 1,26 M ☉ . [3] Полярную звезду B можно рассмотреть с помощью скромного телескопа. Уильям Гершель открыл звезду в августе 1779 года , используя собственный телескоп-рефлектор [18] — один из лучших телескопов того времени. В январе 2006 года НАСА опубликовало изображения с телескопа Хаббл , на которых были показаны три члена тройной системы Полярис. [19] [20]
О переменной лучевой скорости Полярной звезды А сообщил У. В. Кэмпбелл в 1899 году, который предположил, что эта звезда представляет собой двойную систему. [21] Поскольку Полярная звезда А является известной переменной цефеид, Дж. Х. Мур в 1927 году продемонстрировал, что изменения скорости вдоль луча зрения были обусловлены сочетанием четырехдневного периода пульсации в сочетании с гораздо более длинным орбитальным периодом и большим эксцентриситетом . около 0,6. [22] Мур опубликовал предварительные орбитальные элементы системы в 1929 году, дав орбитальный период около 29,7 лет с эксцентриситетом 0,63. Этот период был подтвержден исследованиями собственных движений , выполненными Б. П. Герасимовичем в 1939 г. [23].
В рамках своей докторской диссертации в 1955 году Э. Ремер использовала данные о лучевых скоростях, чтобы получить орбитальный период 30,46 лет для системы Полярная звезда А с эксцентриситетом 0,64. [24] К.В. Кампер в 1996 году изготовил рафинированные элементы со сроком службы29,59 ± 0,02 года и эксцентриситетом0,608 ± 0,005 . [25] В 2019 году исследование Р.И. Андерсона показало период29,32 ± 0,11 года при эксцентриситете0,620 ± 0,008 . [11]
Когда-то считалось, что существуют два более широко разделенных компонента — Полярная звезда C и Полярная звезда D — но было показано, что они физически не связаны с системой Полярис. [17] [26]
Полярная звезда Аа, главный компонент сверхгиганта, представляет собой классическую переменную цефеид Популяции I с низкой амплитудой , хотя когда-то считалось, что это цефеида типа II из-за ее высокой галактической широты . Цефеиды представляют собой важную стандартную свечу для определения расстояния, поэтому Полярная звезда, как ближайшая из таких звезд, [11] тщательно изучается. Изменчивость Полярной звезды подозревалась с 1852 года; этот вариант был подтвержден Эйнаром Герцшпрунгом в 1911 году. [28]
Диапазон яркости Полярной звезды указан как 1,86–2,13 [4] , но с момента открытия амплитуда изменилась. До 1963 года амплитуда составляла более 0,1 звездной величины и очень постепенно уменьшалась. После 1966 года она очень быстро уменьшилась, пока не стала менее 0,05 звездной величины; с тех пор он хаотично менялся в этом диапазоне. Сообщалось, что амплитуда теперь снова увеличивается, и такого изменения не наблюдалось ни у одной другой цефеиды. [6]
Период, примерно 4 дня, также менялся с течением времени. Он неуклонно увеличивался примерно на 4,5 секунды в год, за исключением перерыва в 1963–1965 годах. Первоначально считалось, что это происходит из-за вековой эволюции в красном направлении (более низкая температура) через полосу нестабильности цефеид , но это может быть связано с интерференцией между основной и первой обертонной модами пульсаций. [20] [29] [30] Авторы расходятся во мнениях относительно того, является ли Полярная звезда фундаментальным пульсатором или пульсатором первого обертона и пересекает ли она полосу нестабильности впервые или нет. [12] [30] [31]
Температура Полярной звезды изменяется лишь на небольшую величину во время ее пульсаций, но величина этого изменения непостоянна и непредсказуема. Неравномерные изменения температуры и амплитуда изменений температуры во время каждого цикла от менее 50 К до как минимум 170 К могут быть связаны с орбитой Полярной Ab. [13]
Исследования, опубликованные в журнале Science, показывают, что Полярная звезда сегодня в 2,5 раза ярче, чем когда ее наблюдал Птолемей , и меняет свою звездную величину с третьей на вторую. [32] Астроном Эдвард Гинан считает это выдающимся изменением и официально заявляет, что «если они реальны, то эти изменения в 100 раз больше, чем [те] предсказываются современными теориями звездной эволюции ».
Поскольку Полярная звезда лежит почти на прямой линии с осью вращения Земли «над» Северным полюсом — северным полюсом мира, — Полярная звезда стоит почти неподвижно на небе, и кажется, что все звезды северного неба вращаются вокруг нее. Таким образом, это отличная фиксированная точка для проведения измерений для астрономической навигации и астрометрии . Высота звезды над горизонтом дает приблизительную широту наблюдателя. [16]
В 2018 году Полярная звезда находилась на расстоянии 0,66° (39,6 угловых минут) от полюса вращения (в 1,4 раза больше лунного диска ) и поэтому вращалась вокруг полюса по небольшому кругу диаметром 1,3°. Он будет ближе всего к полюсу (около 0,45 градуса, или 27 угловых минут) вскоре после 2100 года. [33] Поскольку он находится так близко к небесному северному полюсу, его прямое восхождение быстро меняется из-за прецессии земной оси . увеличивается с 2,5 часов в 2000 году нашей эры до 6 часов в 2100 году нашей эры. Дважды в каждый звездный день азимут Полярной звезды совпадает с истинным севером; в остальное время он смещен к востоку или западу, и пеленг необходимо корректировать с помощью таблиц или эмпирического правила . Наилучшее приближение [34] выполнено с использованием переднего края астеризма « Большой Медведицы » в созвездии Большой Медведицы. Передний край (определяемый звездами Дубхе и Мерак ) привязан к циферблату, а истинный азимут Полярной звезды рассчитан для разных широт.
Видимое движение Полярной звезды к небесному полюсу, а в будущем и от него, обусловлено прецессией равноденствий . [35] Небесный полюс отойдет от α UMi после 21-го века, пройдет рядом с Гаммой Цефеи примерно в 41-м веке и переместится в сторону Денеба примерно в 91-м веке .
Небесный полюс находился недалеко от Тубана около 2750 г. до н.э. [35] , а в период классической античности он был немного ближе к Кохабу (β UMi), чем к Полярной звезде, хотя все еще примерно10 ° от любой звезды. [36] К концу поздней античности оно было примерно на таком же угловом расстоянии от β UMi, как и от α UMi . Греческий мореплаватель Пифей (ок. 320 г. до н.э. описал небесный полюс как лишенный звезд. Однако, как одна из самых ярких звезд, близких к небесному полюсу, Полярная звезда использовалась для навигации, по крайней мере, с поздней античности, и была описана Стобеем (V век) как ἀεί φανής ( aei phanēs ) «всегда видимая» , также называемая Λύχνος ( Lychnos ) сродни горелке или лампе, и его можно было бы разумно описать как stella Polaris примерно из Средневековья и далее, как на греческом, так и на латыни. Во время своего первого трансатлантического путешествия в 1492 году Христофору Колумбу пришлось корректировать «круг, описанный полярной звездой вокруг полюса». [37] В пьесе Шекспира «Юлий Цезарь» , написанной около 1599 года, Цезарь описывает себя как «такого же постоянного, как северная звезда», хотя во времена Цезаря не было постоянной северной звезды.
Полярная звезда упоминается в книге Натаниэля Боудича 1802 года « Американский практический навигатор» , где она указана как одна из навигационных звезд . [38]
Современное название Полярная звезда [39] является сокращением от неолатинского stella Polaris « полярная звезда », придуманного в эпоху Возрождения, когда звезда приблизилась к полюсу мира на несколько градусов. Джемма Фризиус в 1547 году назвала ее stella illa quae Polaris dicitur («та звезда, которую называют полярной»), поместив ее в 3°8’ от небесного полюса. [40]
В 2016 году Международный астрономический союз организовал Рабочую группу по именам звезд (WGSN) [41] для каталогизации и стандартизации имен собственных звезд. Первый бюллетень WGSN от июля 2016 г. [42] включал таблицу первых двух групп названий, одобренных WGSN; включая Полярную звезду α Малой Медведицы Аа.
В древности Полярная звезда еще не была ближайшей к небесному полюсу звездой, видимой невооруженным глазом, и для навигации использовалось все созвездие Малой Медведицы , а не какая-либо отдельная звезда. В период раннего средневековья Полярная звезда переместилась достаточно близко к полюсу, чтобы быть ближайшей звездой, видимой невооруженным глазом, хотя она все еще находилась на расстоянии нескольких градусов, и со времен средневековья использовались многочисленные названия, относящиеся к этой характеристике как полярная звезда. . На древнеанглийском языке оно было известно как scip - steorra ( «корабль-звезда») . В древнеанглийской рунической поэме Т-руна , очевидно, связана с «околополярным созвездием» или планетой Марс. [43]
В индуистских Пуранах оно олицетворялось под именем Дхрува («неподвижный, неподвижный»). [44] В более поздний средневековый период оно стало ассоциироваться с марианским титулом Стеллы Марис, «Морской звезды» (так у Варфоломея Английского , ок. 1270-х годов). [45] Более старое английское имя, засвидетельствованное с 14 века, - lodestar «путеводная звезда», родственно древнескандинавскому leiðarstjarna , средневерхненемецкому leitsterne . [46]
Древнее название созвездия Малой Медведицы, Киносура (от греческого κυνόσουρα «собачий хвост»), [47] стало ассоциироваться с Полярной звездой именно к раннему Новому времени. Явное отождествление Марии как stella maris с полярной звездой ( Stella Polaris ), а также использование Cynosura в качестве имени звезды очевидно в названии Cynosura seu Mariana Stella Polaris (т.е. «Цинозура, или Марианская Полярная звезда»). Звезда»), сборник марианских стихов, опубликованный Николаусом Луценсисом (Никколо Барсотти де Лукка) в 1655 году .
В традиционной доисламской арабской астрономии его именем было аль-Джудай الجدي («козленок» в смысле молодого козла [ «ле Шевро»] в «Описании звезд» [48] ), и это имя использовалось в средневековых Исламская астрономия тоже. [49] [50] В те времена он еще не находился так близко к северному полюсу мира, как сейчас, и вращался вокруг полюса.
Спенсер называл его символом стойкости в поэзии, «стойкой звездой» . Сонет 116 Шекспира является примером символизма Полярной звезды как руководящего принципа: «[Любовь] - звезда для каждой блуждающей коры / Чья ценность неизвестна, хотя его высота может быть принята». В «Юлии Цезаре» он заставляет Цезаря объяснить свой отказ даровать помилование словами: «Я так же постоянен, как северная звезда / Чье истинно неподвижное и покоящееся качество / На небосводе нет никого другого. / Небо окрашено красками. бесчисленные искры, / Все они - огонь, и каждая сияет, / Но лишь одна во всех занимает свое место; / Так в мире» (III, I, 65–71). Конечно, Полярная звезда не будет «постоянно» оставаться Полярной звездой из-за прецессии , но это заметно только на протяжении столетий. [ нужна цитата ]
В астрономии инуитов Полярная звезда известна как Никирсуитук ( слоговое письмо : ᓂᕿᕐᑦᓱᐃᑐᖅ ). Он изображен на флаге и гербе канадской инуитской территории Нунавут , а также на флаге американского штата Аляска . [51]
В традиционных знаниях о звездах Лакота Полярная звезда называется «Wičháşpi owáŋžila». Это переводится как «Звезда, которая сидит на месте». Это имя происходит от истории Лакота , в которой он женился на Тапун Сан Вин «Краснощекая женщина». Однако она упала с небес, и в своем горе он навсегда посмотрел вниз с «waŋkátu» (надземной земли). [52]
Равнинные кри называют звезду в Нехиявевине : acâhkos êkâ kâ-ahcît «звезда, которая не движется» ( слоговое письмо : ᐊᒑᐦᑯᐢ ᐁᑳ ᑳ ᐋᐦᒌᐟ ). [53] В Микмависимке звезда называется Татапн . [54]
В древнефинском мировоззрении Полярную звезду также называли taivaannapa и naulatähti («звезда-гвоздь»), потому что она, кажется, прикреплена к небосводу или даже действует как крепеж неба, когда вокруг нее вращаются другие звезды. Поскольку звездное небо, казалось, вращалось вокруг него, небосвод представлялся как колесо, ось которого — звезда. От него произошли названия: небесная булавка и мировая булавка . [ нужна цитата ]
Во многих недавних работах расстояние до Полярной звезды оценивается примерно в 433 световых года (133 парсека) [20] на основе измерений параллакса с астрометрического спутника Hipparcos . Старые оценки расстояния часто были немного меньше, а исследования, основанные на спектральном анализе высокого разрешения, показывают, что оно может быть на 110 световых лет ближе (323 световых лет/99 пк). [9] Полярная звезда — ближайшая к Земле переменная цефеида , поэтому ее физические параметры имеют решающее значение для всей шкалы астрономических расстояний . [9] Это также единственный корабль с динамически измеряемой массой.
Космический корабль Hipparcos использовал звездный параллакс для проведения измерений в 1989 и 1993 годах с точностью 0,97 миллисекунды дуги (970 микросекунд дуги) и получил точные измерения на расстояниях до звезд до 1000 пк. [58] Данные Hipparcos были проверены еще раз с использованием более совершенных методов коррекции ошибок и статистических методов. [2] Несмотря на преимущества астрометрии Hipparcos , была отмечена неопределенность в данных Полярной звезды, и некоторые исследователи поставили под сомнение точность Hipparcos при измерении двойных цефеид, таких как Полярная звезда. [9] Сокращение Hipparcos специально для Полярной звезды было пересмотрено и подтверждено, но до сих пор нет широкого согласия относительно расстояния. [59]
Следующим важным шагом в высокоточных измерениях параллакса стала миссия Gaia , космическая астрометрическая миссия, запущенная в 2013 году и предназначенная для измерения параллакса звезд с точностью до 25 микросекунд (мкс). [60] Хотя изначально планировалось ограничить наблюдения «Геи» звездами тусклее 5,7 звездной величины, испытания, проведенные на этапе ввода в эксплуатацию, показали, что «Гея» может автономно идентифицировать звезды столь же яркие, как и звездная величина 3. Когда в июле 2014 года «Гея» приступила к регулярным научным работам, она был настроен для регулярной обработки звезд в диапазоне звездной величины 3–20. [61] За пределами этого предела используются специальные процедуры для загрузки необработанных данных сканирования для оставшихся 230 звезд ярче 3-й звездной величины; разрабатываются методы обработки и анализа этих данных; и ожидается, что будет «полное покрытие неба на светлом конце» со стандартными ошибками в «несколько десятков микросекунд». [62] Выпуск данных Gaia Data Release 2 не включает параллакс для Полярной звезды, но расстояние, полученное на его основе, равно136,6 ± 0,5 пк (445,5 св. лет) для Полярной звезды B, [57] несколько дальше большинства предыдущих оценок и в несколько раз точнее. Это было дополнительно улучшено до137,2 ± 0,3 пк (447,6 св. лет), после публикации каталога Gaia Data Release 3 13 июня 2022 года, который заменил Gaia Data Release 2. [5]
Около 4800 лет назад Тубан ( α Дракона) находился всего в 0,1° от полюса. Денеб ( α Лебедя) будет самой яркой звездой вблизи полюса примерно через 8000 лет на расстоянии 7°,5.
