Polaris — звезда в северном околополярном созвездии Малой Медведицы . Она обозначается как α Ursae Minoris ( латинизировано как Alpha Ursae Minoris ) и обычно называется Полярной звездой или Полярной звездой . С видимой величиной , которая колеблется около 1,98, [3] это самая яркая звезда в созвездии, и ее легко увидеть невооруженным глазом ночью. [16] Положение звезды находится менее чем в 1° от северного небесного полюса , что делает ее нынешней северной полярной звездой . Стабильное положение звезды на северном небе делает ее полезной для навигации . [17]
Как ближайшая переменная цефеида, ее расстояние используется как часть космической лестницы расстояний . Пересмотренный звездный параллакс Hipparcos дает расстояние до Полярной звезды около 433 световых лет (133 парсека ), в то время как последовавшая за ним миссия Gaia дает расстояние около 448 световых лет (137 парсеков ). Расчеты другими методами сильно различаются.
Хотя Полярная звезда кажется невооруженным глазом единой точкой света, она представляет собой тройную звездную систему , состоящую из главного объекта — желтого сверхгиганта, обозначенного как Полярная звезда Aa, на орбите которого находится меньший по размеру спутник, Полярная звезда Ab; пара находится на более широкой орбите с Полярной звездой B. Внешняя пара AB была открыта в августе 1779 года Уильямом Гершелем , где «A» относится к тому, что сейчас известно как пара Aa/Ab.
Polaris Aa — это эволюционировавший желтый сверхгигант спектрального типа F7Ib с массой 5,4 солнечных масс ( M ☉ ). Это первая классическая цефеида , масса которой определена по ее орбите. Два меньших спутника — Polaris B, звезда главной последовательности F3 с массой 1,39 M ☉ , вращающаяся на расстоянии2400 астрономических единиц (а.е.), [18] и Polaris Ab (или P), очень близкая звезда главной последовательности F6 с массой 1,26 M ☉ . [3] Polaris B можно разрешить с помощью скромного телескопа. Уильям Гершель открыл звезду в августе 1779 года с помощью своего собственного рефлекторного телескопа , [19] одного из лучших телескопов того времени. В январе 2006 года NASA опубликовало изображения с телескопа Хаббл , на которых были видны три члена тройной системы Polaris. [20] [21]
Переменная лучевая скорость Полярной звезды А была сообщена WW Campbell в 1899 году, что позволило предположить, что эта звезда является двойной системой. [22] Поскольку Полярная звезда A является известной цефеидой, JH Moore в 1927 году продемонстрировал, что изменения скорости вдоль луча зрения были вызваны комбинацией периода пульсации в четыре дня в сочетании с гораздо более длительным орбитальным периодом и большим эксцентриситетом около 0,6. [23] 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 собственного движения, выполненными BP Gerasimovič в 1939 году. [24]
В рамках своей докторской диссертации в 1955 году Э. Ремер использовала данные о лучевой скорости, чтобы получить орбитальный период 30,46 лет для системы Полярной звезды А с эксцентриситетом 0,64. [25] К. В. Кампер в 1996 году получил уточненные элементы с периодом29,59 ± 0,02 года и эксцентриситет0,608 ± 0,005 . [26] В 2019 году исследование Р.И. Андерсона дало период29,32 ± 0,11 лет с эксцентриситетом0,620 ± 0,008 . [11]
Когда-то считалось, что существуют два более удаленных друг от друга компонента — Полярная звезда C и Полярная звезда D, но было показано, что они физически не связаны с системой Полярной звезды. [18] [27]
Polaris Aa, главный компонент сверхгиганта, является классической цефеидой с низкой амплитудой населения I , хотя когда-то ее считали цефеидой типа II из-за ее высокой галактической широты . Цефеиды представляют собой важную стандартную свечу для определения расстояния, поэтому Polaris, как ближайшая такая звезда, [11] тщательно изучается. Изменчивость Polaris подозревалась с 1852 года; эта вариация была подтверждена Эйнаром Герцшпрунгом в 1911 году. [29]
Диапазон яркости Полярной звезды составляет 1,86–2,13, [4], но амплитуда изменилась с момента открытия. До 1963 года амплитуда была более 0,1 звездной величины и очень постепенно уменьшалась. После 1966 года она очень быстро уменьшалась, пока не стала менее 0,05 звездной величины; с тех пор она хаотично колебалась около этого диапазона. Сообщалось, что амплитуда сейчас снова увеличивается, инверсия, не наблюдавшаяся ни у одной другой цефеиды. [6]
Период, примерно 4 дня, также менялся с течением времени. Он постоянно увеличивался примерно на 4,5 секунды в год, за исключением перерыва в 1963–1965 годах. Первоначально считалось, что это связано с вековой эволюцией красного смещения (долгосрочное изменение красного смещения , которое заставляет свет растягиваться в более длинные волны, заставляя его казаться красным) поперек полосы нестабильности цефеид , но это может быть связано с интерференцией между первичными и первыми обертонными модами пульсации. [21] [30] [31] Авторы расходятся во мнениях относительно того, является ли Полярная звезда фундаментальным или первым обертонным пульсатором, и пересекает ли она полосу нестабильности впервые или нет. [12] [31] [32]
Температура Полярной звезды меняется лишь на небольшую величину во время ее пульсаций, но величина этого изменения изменчива и непредсказуема. Неустойчивые изменения температуры и амплитуда изменений температуры в течение каждого цикла, от менее 50 К до по крайней мере 170 К, могут быть связаны с орбитой с Полярной звездой Ab. [13]
Исследования, опубликованные в журнале Science, показывают, что сегодня Полярная звезда в 2,5 раза ярче, чем когда ее наблюдал Птолемей , изменив свою звездную величину с третьей на вторую. [33] Астроном Эдвард Гинан считает это примечательным изменением и официально заявил, что «если они реальны, то эти изменения в 100 раз больше, чем [те], которые предсказываются современными теориями звездной эволюции ».
В 2024 году исследователи под руководством Нэнси Эванс из Гарварда и Смитсоновского института с большей точностью изучили орбиту меньшего спутника Полярной звезды с помощью массива CHARA . В ходе этой наблюдательной кампании им удалось заснять особенности Полярной звезды на ее поверхности; на снимках крупным планом появились большие яркие и темные места, которые со временем менялись. Кроме того, диаметр Полярной звезды был повторно измерен до 46 R ☉ , используя расстояние Gaia446 ± 1 световых лет, а его масса была определена как 5,13 M ☉ . [10]
Поскольку Полярная звезда лежит почти на одной прямой с осью вращения Земли «выше» Северного полюса — северного небесного полюса — Полярная звезда стоит почти неподвижно на небе, и все звезды северного неба, кажется, вращаются вокруг нее. Поэтому она является превосходной фиксированной точкой, из которой можно проводить измерения для небесной 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, таким образом, вращается вокруг полюса по малой окружности диаметром 1,3°. Она будет ближе всего к полюсу (около 0,45 градуса или 27 угловых минут) вскоре после 2100 года. [35] Поскольку она находится так близко к небесному северному полюсу, ее прямое восхождение быстро меняется из-за прецессии земной оси , проходя от 2,5 часов в 2000 году нашей эры до 6 часов в 2100 году нашей эры. Дважды в каждые звездные сутки азимут Полярной звезды является истинным севером; в остальное время она смещена на восток или запад, и пеленг должен быть скорректирован с помощью таблиц или эмпирического правила . Наилучшее приближение [34] сделано с использованием переднего края астеризма " Большой Медведицы " в созвездии Большой Медведицы. Передний край (определяемый звездами Дубхе и Мерак ) соотносится с циферблатом часов, а истинный азимут Полярной звезды вычисляется для разных широт.
Видимое движение Полярной звезды к небесному полюсу и, в будущем, от него обусловлено прецессией равноденствий . [36] Небесный полюс отдалится от α UMi после 21-го века, пройдя близко к Гамме Цефея примерно в 41-м веке , и приблизившись к Денебу примерно в 91-м веке .
Небесный полюс находился близко к Тубану около 2750 г. до н.э. [36], а в эпоху классической античности он был немного ближе к Кочабу (β UMi), чем к Полярной звезде, хотя все еще примерно10 ° от любой звезды. [37] К концу поздней античности это было примерно такое же угловое расстояние от β UMi, как и до α UMi . Греческий мореплаватель Пифей около 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 описывалась как ἀεί φανής ( aei phanēs ) «всегда видимая» Стобеем (V в.), также называемая Λύχνος ( Lychnos ) родственная горелке или лампе, и разумно описывалась как stella polaris примерно с Высокого Средневековья и позже, как на греческом, так и на латыни. Во время своего первого трансатлантического путешествия в 1492 году Христофор Колумб должен был сделать поправку на «круг, описываемый Полярной звездой вокруг полюса». [38] В пьесе Шекспира « Юлий Цезарь» , написанной около 1599 года, Цезарь описывает себя как «столь же постоянного, как северная звезда», хотя во времена Цезаря постоянной северной звезды не было. Несмотря на свою относительную яркость, она не является, как принято считать, самой яркой звездой на небе. [39]
Полярная звезда упоминается в книге Натанаэля Боудича 1802 года « Американский практический навигатор» , где она указана как одна из навигационных звезд . [40]
Современное название Polaris [41] является сокращением от неолатинского stella polaris « полярная звезда », придуманного в эпоху Возрождения, когда звезда приблизилась к небесному полюсу на расстояние в несколько градусов. Джемма Фризиус , писавший в 1547 году, называл ее stella illa quae polaris dicitur («та звезда, которая называется „полярной“»), помещая ее в 3° 8' от небесного полюса. [42]
В 2016 году Международный астрономический союз организовал Рабочую группу по названиям звезд (WGSN) [43] для каталогизации и стандартизации собственных имен звезд. Первый бюллетень WGSN от июля 2016 года [44] включал таблицу первых двух партий названий, одобренных WGSN; в том числе Polaris для звезды α Ursae Minoris Aa.
В древности Полярис еще не был ближайшей звездой, видимой невооруженным глазом, к небесному полюсу, и для навигации использовалось все созвездие Малой Медведицы, а не какая-то одна звезда. Полярис приблизился достаточно близко к полюсу, чтобы быть ближайшей звездой, видимой невооруженным глазом, хотя все еще находился на расстоянии нескольких градусов, в раннем средневековом периоде, и многочисленные названия, ссылающиеся на эту характеристику как на полярную звезду, использовались со времен средневековья. На древнеанглийском языке она была известна как scip-steorra («звезда-корабль») [ необходима цитата ] . В древнеанглийской рунической поэме руна T , по-видимому, связана с «околополярным созвездием» или планетой Марс. [45]
В индуистских Пуранах он стал персонифицирован под именем Дхрува («неподвижный, фиксированный»). [46] В более поздний средневековый период он стал ассоциироваться с титулом Марии Стелла Марис « Звезда моря» (так у Варфоломея Английского , ок. 1270-х гг.), [47] из-за более ранней ошибки транскрипции. [48] Более старое английское название, засвидетельствованное с XIV века, — lodestar «путеводная звезда», родственное древнескандинавскому leiðarstjarna , средневерхненемецкому leitsterne . [49]
Древнее название созвездия Малой Медведицы, Cynosura (от греческого κυνόσουρα «хвост собаки»), [50] стало ассоциироваться с Полярной звездой, в частности, к раннему современному периоду. Явная идентификация Марии как stella maris с полярной звездой ( Stella Polaris ), а также использование Cynosura в качестве имени звезды, очевидны в названии Cynosura seu Mariana Stella Polaris (т. е. «Cynosura, или Полярная звезда Марии»), сборнике поэзии Марии, опубликованном Николаусом Луценсисом (Никколо Барсотти де Лукка) в 1655 году. [ необходима цитата ]
Его название в традиционной доисламской арабской астрономии было al-Judayy الجدي («козлёнок», в значении козлёнок [ "le Chevreau"] в Description des Etoiles fixes), [51] и это название также использовалось в средневековой исламской астрономии . [52] [53] В те времена он ещё не был так близок к северному небесному полюсу, как сейчас, и вращался вокруг полюса.
Она была использована как символ стойкости в поэзии, как «стойкая звезда» Спенсера . Сонет Шекспира 116 является примером символики Полярной звезды как руководящего принципа: «[Любовь] — звезда для каждой странствующей лодки / Чья ценность неизвестна, хотя ее высота может быть взята». В «Юлии Цезаре» он заставляет Цезаря объяснить свой отказ даровать помилование, говоря: «Я так же постоянен, как северная звезда / Чьего истинно-фиксированного и покоящегося качества / Нет никого на небосводе. / Небеса расписаны бесчисленными искрами, / Все они — огонь, и каждый из них сияет, / Но есть только один из всех, кто занимает свое место; / Так и 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. [ необходима цитата ]
В инуитской астрономии Полярная звезда известна как Нуутуиттук ( слоговое письмо : ᓅᑐᐃᑦᑐᖅ ).
В традиционном знании звезд Лакота Полярис называется «Wičháȟpi Owáŋžila». Это переводится как «Звезда, которая сидит неподвижно». Это название происходит от истории Лакота , в которой он женился на Tȟapȟúŋ Šá Wíŋ, «Краснощекой женщине». Однако она упала с небес, и в своем горе Wičháȟpi Owáŋžila вечно смотрел вниз с «waŋkátu» (выше земли). [54]
Равнинные кри называют звезду на языке Нехиявевин : acâhkos êkâ kâ-âhcît «звезда, которая не движется» ( слоговое письмо : ᐊᒑᐦᑯᐢ ᐁᑳ ᑳ ᐋᐦᒌᐟ ). [55] В языке Микмави'симк звезда называется Татапн . [56]
В древнефинском мировоззрении Полярная звезда также называлась taivaannapa и naulatähti («звезда-гвоздь»), потому что она, по-видимому, прикреплена к небосводу или даже служит креплением для неба, когда другие звезды вращаются вокруг нее. Поскольку звездное небо, казалось, вращалось вокруг нее, небосвод считался колесом, а звезда — стержнем на его оси. Названия, полученные от нее, были sky pin и world pin . [ требуется цитата ]
Во многих недавних работах расстояние до Полярной звезды вычисляется примерно в 433 световых года (133 парсека) [21] на основе измерений параллакса с помощью астрометрического спутника Hipparcos . Более ранние оценки расстояния часто были немного меньше, а исследования, основанные на спектральном анализе с высоким разрешением, показывают, что оно может быть на 110 световых лет ближе (323 световых года/99 пк). [9] Полярная звезда является ближайшей к Земле переменной цефеидой , поэтому ее физические параметры имеют решающее значение для всей астрономической шкалы расстояний . [9] Она также является единственной с динамически измеренной массой.
Космический аппарат Hipparcos использовал звездный параллакс для проведения измерений с 1989 по 1993 год с точностью 0,97 миллисекунд дуги (970 микросекунд дуги), и он получил точные измерения для звездных расстояний до 1000 пк. [60] Данные Hipparcos были повторно проверены с использованием более совершенных методов коррекции ошибок и статистических методов. [2] Несмотря на преимущества астрометрии Hipparcos , была отмечена неопределенность в его данных о Полярной звезде, и некоторые исследователи подвергли сомнению точность Hipparcos при измерении двойных цефеид, таких как Полярная звезда. [9] Редукция Hipparcos специально для Полярной звезды была повторно проверена и подтверждена, но до сих пор нет широкого согласия относительно расстояния. [61]
Следующий важный шаг в высокоточных измерениях параллакса был сделан Gaia , космической астрометрической миссией, запущенной в 2013 году и предназначенной для измерения звездного параллакса с точностью до 25 микросекунд дуги (мксекунд дуги). [62] Хотя изначально планировалось ограничить наблюдения Gaia звездами слабее 5,7 звездной величины, тесты, проведенные на этапе ввода в эксплуатацию, показали, что Gaia может автономно идентифицировать звезды с яркостью до 3 звездной величины. Когда Gaia начала регулярные научные операции в июле 2014 года, она была настроена на рутинную обработку звезд в диапазоне звездной величины от 3 до 20. [63] За пределами этого предела специальные процедуры используются для загрузки необработанных данных сканирования для оставшихся 230 звезд ярче 3 звездной величины; разрабатываются методы обработки и анализа этих данных; и ожидается, что будет «полное покрытие неба на ярком конце» со стандартными ошибками «несколько десятков мксекунд дуги». [64] Gaia Data Release 2 не включает параллакс для Полярной звезды, но расстояние, выведенное из него,136,6 ± 0,5 пк (445,5 световых лет) для Polaris B, [59] несколько дальше, чем большинство предыдущих оценок и в несколько раз точнее. Это было улучшено до137,2 ± 0,3 пк (447,6 световых лет) после публикации каталога Gaia Data Release 3 13 июня 2022 года, который заменил Gaia Data Release 2. [5]
Полярная звезда изображена на флаге и гербе канадской территории инуитов Нунавут , [65] флаге американских штатов Аляска и Миннесота , [66] и флаге американского города Дулут, штат Миннесота . [67] [ 68]
Около 4800 лет назад Тубан ( α Дракона) находился всего в 0°.1 от полюса. Денеб ( α Лебедя) станет самой яркой звездой вблизи полюса примерно через 8000 лет, на расстоянии 7°.5.