Загадочная, неправильная, непредсказуемая

Друзья, сразу сообщу: в конце статьи прикреплена её видео-версия. Если кому-то легче слушать, чем читать, можете этим воспользоваться. Плюс ко всему, в видео-версии существенно больше иллюстраций и есть несколько анимаций.

---

Неяркая звезда пятой звездной величины, не имеющая собственного имени (или до нас оно не дошло), не связанная ни с какой древней легендой… Почему я решил рассказать о ней?

Прежде всего нужно уяснить, что для астрономов — людей изучающих звёзды — не существует неинтересных или неважных звезд. Ученых интересуют все звёзды на небе. По ряду причин звёзды не могли получить за время их изучения одинаковое количество внимания со стороны наблюдателей. Тут есть как объективные причины (какие-то звёзды просто сложнее исследовать), так и субъективные (вот понравилась астроному определенная звезда, и он сам не может объяснить — почему).

Моя история имеет в большей степени субъективные истоки

Еще в детстве, рассматривая звездные карты, я обратил внимания на красивую группу звезд в восточной части созвездия Водолея. Кстати, тогда я думал, что Водолей — моё созвездие, ведь Солнце бывает в нем в феврале. Потом оказалось, в астрологии (а это другая область знаний) все считается совсем иначе, но к делу это уже отношения не имело. Я же — астроном, не астролог.

Астеризм, который привлек мое внимание, образован пятью звездами — Фи, Хи и тройкой Кси (1,2,3) Водолея. В 80-х годах прошлого столетия слово “Астеризм” в советской астрономической среде не употреблялось. Но за рубежом подобные группы звезд не только пользовались отдельным термином, но многие имели и собственные имена. Конкретно эта группа звезд в астролюбительской среде в разных источниках именовалась как “Куриная лапа” или “Лягушачья лапка”. Одним словом — “Лапа” — это по виду понятно, как назвать иначе?



Звездный атлас, которым я пользовался, указывал, что в самой середине этой группы звёзд расположена особенная звезда — переменная. Это и была Хи Водолея.



Это была эпоха, когда астрономы уже знали, что подавляющее большинство звезд, по крайне мере в нашей Галактике, являются двойными. Но переменные звёзды считались довольно редким явлением. Их изучение представляло огромный интерес, и регулярно открывало для науки все новые и новые необычные подробности эволюции звезд. Нередко переменные звёзды буквально дарили ученым сверхспособности, посредством которых становилось возможным измерение расстояний до других галактик и обнаружение невидимых спутников в системах других звезд. А одних только типов переменных звезд — с более или менее похожими механизмами и физической природой переменности — насчитывалось уже не один десяток.

Но звезда из “Лягушачьей лапки” в каталоге переменных звезд классифицировалась как неизученная — переменная неизвестного типа. И это обстоятельство меня окончательно мотивировало заняться изучением данной звёзды.

Конечно, я был немало удивлен: астрономия — древнейшая из наук, а последние 400 лет она развивается бурно, стремительно. Каждую ночь сотни куполов открывают свои створки навстречу звездному свету. Сильнейшие телескопы изучают звезду за звездой. И как могло оказаться так, что видимая глазом переменная звезда в очень популярном — зодиакальном — созвездии Водолея осталось неосмотренной, неизученной?! Нет, я не могу пройти мимо такой несправедливости!



Стоит сказать, что изучение переменных звезд — процесс длительный. Переменная звезда меняет свою яркость не в одну ночь. Иногда требуется год и более, чтобы отследить всего один цикл изменения блеска. И это порой осложняется тем, что какая-то часть этого цикла оказывается вне периода видимости — это как раз случай с Хи Водолея, ведь в её созвездии бывает Солнце, и пара-тройка месяцев из наблюдений выпадает. А еще бывает плохая погода, сезон дождей и туманов… И стоит добавить, что конкретно эта звезда расположена в южном небесном полушарии — в наших широтах она поднимается невысоко, и — не надолго.

Но разве все перечисленное может остановить пылкого любителя астрономии? Между прочим, именно любители астрономии в свое время подарили науке несколько разгадок причин переменности тех или иных звезд, множество наблюдательных данных. Изучение переменных звезд в 80-х было благодатной почвой для вызревания любительских открытий, и такие открытия случались. А я как раз был школьником и мечтал сделать какое-нибудь открытие.



К моему удобству, звёзды расположенные вокруг Хи Водолея очень подходили на роль звезд сравнения — были те, которые ярче изучаемой звёзды, были те, которые слабее. И самое главное, все они не являлись переменными. Когда не были распространены электронные фотометры, яркость переменной определяли посредством сравнения с соседними звездами, блеск которых точно измерен. И я уже имел некоторый опыт таких наблюдений. Оставалось начертить карту окрестностей переменной звёзды и выписать яркость звезд сравнения. Кстати, все они помещались в поле зрение полевого бинокля, в который я вел наблюдения.

Я приступил к исследованиям

Я пытался наблюдать каждую ночь с конца весны по середину осени. Погода позволяла это далеко не всегда, а еще случались какие-то другие причины, отменяющие наблюдения. Но к концу этого периода времени у меня сформировался график изменения блеска звёзды, на котором отчетливо прорисовывалась цикличность, и даже некоторая характерность, рождающая подозрение, что причиной переменности может быть затменная — как, например, у звёзды Алголь (Бета Персея), в системе которой одна звезда регулярно затмевает другую.



Я знал, кому можно показать результаты наблюдений. Николай Николаевич Самусь — доктор физико-математических наук и руководитель группы переменных звезд Института Астрономии Академии Наук СССР — был большим другом всех любителей астрономии, а я знал Николая Николаевича лично, и даже однажды провел с ним ночь в башне самого крупного телескопа ГАИШ. Я был уверен, что он как минимум уделит время и внимание моим попыткам открыть что-то новое.



И действительно, Николай Николаевич отнесся к моим таблицам и графикам очень серьезно. Внимательно их рассмотрел, задал несколько вопросов, но все же в итоге покачал головой и выразил сомнение в том, что Хи Водолея может быть затменно-переменной звездой.

Это было бы слишком просто. Если бы такое могло иметь место в действительности, ученые давно бы разгадали причину переменности этой звёзды и отнесли её к определенному классу, указав это в своих каталогах. Но ведь что-то ученые все же знают про эту звезду. Не могло быть такого, чтобы её не наблюдали вовсе. Быть может есть смысл сравнить мои результаты с результатами других наблюдателей?

Николай Николаевич предложил мне прогуляться. Мы вышли из его кабинета и отправились в архивное хранилище, в котором покоились журналы наблюдений за весь период существования Государственного Астрономического Института имени Штернберга на Ленинских горах.



Долго роясь в картотеке, мой “научный руководитель” все же нашел номер нужного журнала. Он оказался на одном из дальних стеллажей — под самым потолком. Журнал был пыльный и пожелтел от времени. Казалось, его страницы вот-вот рассыпятся в прах, как рассыпается древний папирус, неосторожно извлеченный из найденной на раскопках амфоры.

Одна из страниц журнала была посвящена наблюдениям Хи Водолея на Южной Станции ГАИШ (в Крыму) в 1965-м и 1966-м годах. Результаты наблюдений говорили о том, что переменность звёзды выявлена с трудом, и амплитуда блеска вряд ли превышает одну десятую звездной величины. При измерениях блеска использовался электронный фотометр — глазом столь небольшие колебания яркости, конечно, не заметить.



Я был разочарован таким несовпадением. По моим данным блеск менялся более ощутимо — на половину звездной величины и даже чуть больше. Но спорить с фотометром и Николаем Николаевичем не имело смысла. Я лишь поинтересовался, а что же дальше? Что было после 1966-го года? Наверняка астрономы наблюдали Хи Водолея в последующие годы. Но ответ вновь разочаровал меня:

— Институт не располагает результатами никаких других наблюдений. И скорее всего эту звезду больше никто не наблюдал.

Если до этой встречи я был сверх-мотивирован, то теперь от моей мотивации не осталось и следа. Какой смысл что-то наблюдать и исследовать, если в святая святых советской астрономии интересную и загадочную звезду пронаблюдали разок, и, ничего не поняв, бросили!?

Впрочем, пик осознания этого ко мне подкрался позже, а пока я был в стенах астрономического института, я наслаждался общением с Николаем Николаевичем, и узнал вероятные причины моей наблюдательной неудачи — почему к моим данным нет смысла относиться уж очень серьезно.

Очень подозрительным был выявленный период изменения блеска Хи Водолея — примерно месяц. А что в это подозрительного? Водолей — зодиакальное созвездие. А это значит, что в нем бывает Луна — именно раз в месяц. А при близко расположенной Луне блеск звезд “на глазок” не оценивают. Я оценивал. И именно в эти — лунные — ночи у меня обнаружились острые провалы яркость в графике — столь свойственные для затменных переменных.

Более того, даже в безлунные ночи в черте крупного города — в Москве особенно — наблюдать переменную звезду южного небесного полушария вообще не имело смысла — её низкое положение над горизонтом не позволит оценить её блеск даже грубо, не говоря о той точности, с которой проводились измерения на Южной Станции в Крыму.



Под конец разговора Николай Николаевич постарался вернуть на место мой упавший оптимизм, сказав, что я провел большую работу и получил великолепный опыт, какого нет у многих сотрудников Института, вовлеченных лишь в теоретическую астрономию.

Но все же я уехал в расстроенных чувствах. И дело было не в том, что мои наблюдения не принесли пользы науке, а в том, что наука сама не сильно желала что-то выяснить об этой звезде.

К сожалению, в те годы я не мог узнать, что знают о Хи Водолея астрономы других стран. Этого, кстати, не знали и в ГАИШе. Международная интеграция в астрономии тогда была слабой. Она могла касаться наблюдения затмений, если предстояло ехать за этим в другую страну. Или — обмена лунным грунтом. Но на скромную звездочку Хи Водолея уже не было тех самых “Дружбы, Жвачки и Джинс”.



С той поры я еще много раз любовался полюбившимся мне астеризмом “Лягушачья лапка” и расположенной в его середине звездой Хи Водолея. Но регулярных наблюдений и оценок её блеска уже не вел — это было бессмысленно.

Но все же астрономия не забыла эту звезду. Я многого тогда мог не знать. Что-то не знаю и сейчас. Впрочем, до сих пор в русскоязычных источниках об этой звезде информации не прибавилось. Проводя поиски в Интернете о Хи Водолея, я порой натыкаюсь на репосты собственных публикаций, и чисто символическую страничку в русской Википедии — там ничего нового.

Но мне кое-что удалось узнать из англоязычных и испаноязычных источников. Хотя, тоже не слишком много. Но это гораздо больше, чем было известно 40 лет назад.

Итак

Хи Водолея является красным гигантом спектрального класса M3 — звездой на поздней стадии эволюции, а подобным звездам свойственна неправильная переменность — без явного периода. До недавнего времени Хи Водолея считалась именно неправильной переменной, колебания блеска которой невозможно было предсказать даже в пределах ближайшего будущего — недели, месяца или года. Однако, недавно был выявлен основной период изменения блеска. Он оказался — вы не поверите — месяц. И кто знает, быть может в результатах моих наблюдений была доля истины. Однако на этот период накладывается еще пара циклов — с меньшими амплитудами — примерно в 39 и 45 дней, что в совокупности дает очень причудливую по форме кривую изменения яркости. Не исключено, что две эти гармоники связаны именно с какими-то неизвестными пока спутниками звезды. Но никаких спутников — других звезд или планет — у Хи Водолея пока не выявлено.



Амплитуда изменения блеска Хи Водолея сейчас оценивается от одной трети до половины звездной величины, что тоже довольно близко к моим результатам. Хотя это могло просто совпасть. С другой стороны, совсем неясно, что могли намерить своим точнейшим фотометром астрономы в Крыму. Но не будем развивать теорию заговора — в 60-х годах реальная амплитуда изменения блеска этой переменной звезды могла быть меньше, так как старым красным гигантам свойственна нестабильность во всем — в периоде и в величине перепадов яркости.

Среди звезд “Лягушачьей лапки” Хи Водолея самая дальняя — до неё порядка 600 световых лет. Расстояние измерено методом параллаксов, а для столь далеких звезд этот метод может давать погрешность до 10%. Но все равно, если бы мы отправились в полет к Хи Водолея, все звёзды “Лягушачьей лапки” остались бы позади задолго до того, как мы преодолели бы и половину дистанции. До этих “звезд сравнения” расстояние существенно меньшее — от 100 до 200 с небольшим световых лет.

По своим физическим данным Хи Водолея в чем-то родственна таким известным звездам как Бетельгейзе (альфа Ориона) и Антарес (альфа Скорпиона), но немного скромнее их по светимости и массе. А при наблюдении в телескоп отчетливо заметен её красный оттенок.

Какая конкретика с физическими характеристиками Хи Водолея?

По массе эта звезда всего лишь вдвое превосходит Солнце. Но по светимости превышает в две с половиной тысячи раз. А еще Хи Водолея в 100 раз крупнее Солнца. Оказавшись на его месте, она поглотила бы в свои раскаленные недра планету Меркурий.

При этом, температура поверхности Хи Водолея всего три с половиной тысячи градусов — в полтора раза холоднее Солнца. Впрочем, Меркурию это все равно не понравилось бы.



Вместе с этим, на разных астрономических сайтах, на разных языках об этой звезде можно встретить несколько различающуюся информацию. И я находил упоминания о том, что Хи Водолея относится к долгопериодическим переменным звездам, что несколько странно. Где-то упоминается совсем незначительная амплитуда — даже менее одной десятой звездной величины, что как-то соотносится с крымскими наблюдениями в середине 60-х.

Ясно одно — Хи Водолея все еще недостаточно изучена, и очень нуждается во внимании астрономов Земли. Но, я уверен, сейчас вновь открывается окно для любительской активности в направлении переменных звезд. Да — на рубеже веков ценность наблюдения любителями переменных была нулевой — астрономы уже использовали точнейшие электронные сенсоры, а у любителей ничего такого не было. А теперь почти у каждого активного любителя телескоп оснащен отличными ПЗС-матрицами, соединенными с компьютерами. Установлен специальный софт, который автоматически вычисляет блеск по звездам сравнения, и ему не помешает ни Луна, ни городская засветка.



Пристальное внимание профессиональных астрономов сместилось в область изучения сверхмассивных черных дыр в других галактиках, а наводить орбитальные телескопы типа Хаббла или Джеймса Уэбба на звезду 5-й звездной величины уж точно никто не станет — потому что слишком яркая она для этих монстров. По этому поводу можно вспомнить историю о том, как орбитальный телескоп Гиппарх не смог измерить параллакс для компонентов системы звезды Альбирео — красивейшей двойной созвездия Лебедя. А причина все та же — слишком яркая.

Вывод простой: Для изучения относительно ярких и умеренно близких звезд порой не нужны сверх-сильные инструменты. Иногда вполне хватает и инструментов любительского класса, тем более, что за последние годы он сильно поднялся в зоркости и актуальности.

И не исключено, что разгадку переменности Хи Водолея мы когда-нибудь узнаем именно от любителей астрономии, ведь профессионалам, похоже, сейчас интересно совершенно другое.

Напоследок расскажу о том, как много лет назад был измерен диаметр звезды Хи Водолея

Сейчас размеры звезд определяют с помощью интерферометров — очень сложных систем из нескольких телескопов, разнесенных на расстояние — существенно большее, чем поперечники их объективов. Световые потоки от них суммируются, обрабатываются, из полученной картинки удаляются последствия волновой интерференции, искажения, и в итоговом изображении угловой диаметр звезды уже можно измерить. Иногда удается определить даже её форму, и быстровращающиеся молодые звёзды демонстрируют интерферометрам значительную сплюснутость с полюсов. На поверхности некоторых близких и значительных в размерах звезд астрономы умудрились даже распознавать пятна — подобные солнечным. И, кстати, на поверхности красных гигантов пятна существенно крупнее в линейных размерах, чем те, которые мы наблюдаем на Солнце.



Но подобные исследования стали возможны относительно недавно. А диаметр Хи Водолея сумели измерить гораздо раньше, и совсем другим способом.

Тут самое время вновь вспомнить, что Водолей — зодиакальное созвездие. А Хи Водолея расположена довольно близко к эклиптике, вдоль которой перемещается Луна. Луна периодически заслоняет собой эту звезду. Такое астрономическое явление называется “покрытие”.



Оказывается, что при покрытии темным краем Луны Хи Водолея гаснет довольно быстро, но не мгновенно — за вполне измеримый промежуток времени — порядка одной сотой секунды — для астрономии это вполне измеримая величина (раз уж спортивные рекорды порой измеряют точнее).

Исходя из полученных измерений продолжительности угасания Хи Водолея при покрытии Луной, удалось измерить диаметр звезды задолго до того, как это стало возможно с помощью интерферометрии. Последующие измерения вполне согласуются с вот такими — более ранними и простыми — замерами. Правда стоит признать, что размер Хи Водолея, определенный с помощью Луны, был процентов на 10 больше. Но мы не знаем — ошибка ли это. Полуправильные переменные меняют свои размеры примерно в тех же пределах, в которых меняется их яркость.

---

Видео-версия статьи

Вселенная и Человек — это тоже мой канал, на этот раз — чисто астрономический. Если Вам интересен такой формат — статьи по астрономии с голосом и картинками, подпишитесь пожалуйста.

Спасибо