Параллакс

Параллактические эллипсы звёзд при различных расстояниях от плоскости эклиптики

Параллакс — это смещение видимого положения объекта, рассматриваемого с двух разных точек. Чем дальше объект от наблюдателя, тем меньше его видимое положение меняется при перемещении наблюдателя. На основе расстояния между точками наблюдения и углом смещения видимого положения объекта можно рассчитать расстояние до него.

В астрономии под параллаксом чаще всего понимается половина угла смещения видимого направления на звезду, измеряемого в моменты, когда Земля, двигающаяся вокруг Солнца по своей орбите, находится на её противоположных сторонах. Такое измерение расстояния иногда называют «годичным параллаксом». Это первая ступенька в «космической шкале расстояний» — метода измерения расстояний, похожего на лестницу, в которой каждая следующая «ступенька» опирается на предыдущую.

Расстояние до объекта, годичный тригонометрический параллакс которого равен одной угловой секунде, называют «парсеком» (сложив слова «параллакс» и «секунда»). Это расстояние равно 3,26 светового года. В 2015 году Международный астрономический союз определил парсек как расстояние, равное 648 000/π астрономических единиц.

Принцип параллакса дал человеку первый способ измерения расстояния от планеты Земля до звёзд. Впервые звёздный параллакс в 1838 году измерил Фридрих Вильгельм Бессель, немецкий математик и астроном, ученик Карла Фридриха Гаусса. Он выбрал звезду 61 Лебедя, и использовал для этой цели гелиометр – прибор для измерения небольших углов на небесной сфере, созданный в XVIII веке.

Точность измерения звёздного параллакса зависит от точности, с которой мы знаем расстояние от Земли до Солнца. В наши дни это расстояние мы измеряем при помощи сигналов радара, отражённых от других планет Солнечной системы.

Трудности точных измерений расстояний до звёзд при помощи параллакса связаны с его малыми значениями. К примеру, у ближайшей к Солнцу (и, следовательно, имеющей наибольший параллакс) звезды Проксима Центавра его величина составляет 0,7687 ± 0,0003 угловые секунды. Под таким углом объект диаметром 2 см будет виден с расстояния в 5,3 км. Именно по причине того, что такие маленькие параллаксы очень трудно измерить, философы долгое время отвергали теорию гелиоцентризма. То, что параллакс может быть маленьким из-за гигантского расстояния до звёзд, тогда казалось маловероятным.

Запущенный в 1989 году космический аппарат Hipparcos (High Precision Parallax Collecting Satellite — «высокоточный спутник для сбора параллаксов») был предназначен специально для измерения параллаксов различных звёзд и уточнения космических расстояний. Точность измерений для основного эксперимента (более 100 тыс. звёзд) составила 1 миллисекунду дуги. Успех программы позволил увеличить точность астрометрических измерений на порядок и тем самым совершить весьма значительный прорыв в астрономии. Но даже он смог измерить параллакс для звёзд, находящихся не далее 1600 световых лет от нас – что составляет чуть более 1% диаметра Млечного Пути.

Запущенный в 2013 году Европейским космическим агентством аппарат «Гайя» мог измерять параллакс с точностью до 10 угловых микросекунд, то есть определять расстояния до объектов, находящихся в нескольких десятках тысяч световых лет от нас.

Планета

Объекты Солнечной системы с массой, сравнимой с планетной (в масштабе)

В древности люди, обращая взгляд к ночному небу, замечали, что большая часть картины, рисуемой яркими точками звёзд, не меняется по сути, а лишь периодически движется по небу на манер большого неделимого холста. Но кроме Солнца и Луны они видели ещё пять ярких объектов, движения которых не согласовывались с перемещением звёздного неба. Эти объекты двигались хоть и периодически, но по сложным траекториям. Их так и назвали – πλανήτης, «планеты», что означало «странники». Разные народы ассоциировали их с богами из своих пантеонов. До нашего времени сохранились древнеримские названия планет – Меркурий, Венера, Марс, Юпитер и Сатурн – получившие свои имена в честь римских богов.

Однако первой цивилизацией, у которой была документально подтверждённая теория планет, была Вавилонская, возникшая ещё 4 тысячи лет назад. Самый древний из дошедших до нас астрономических текстов, касающихся планет – это «таблички наблюдения за Венерой», датируемые приблизительно 1640 годом до н.э. времён правления вавилонского царя Амми-цадука.

Существуют две клинописные таблички под общим названием MUL.APIN от VII века до н.э., где описываются движение Солнца, Луны и планет в течение года. В Вавилоне зародилась не только астрономия, но и астрология – попытки описать происходящее на Земле и предсказывать события в соответствии с поведением небесных тел, несовместимые с наукой. Работы вавилонских астрологов заложили фундамент как для современной астрономии, так и для астрологии.

Остальные планеты Солнечной системы, известные на сегодня (Уран и Нептун) были открыты уже после изобретения телескопа, в XVIII веке. Тогда же определение планеты поменялось – вместо объектов, движущихся по небу относительно неподвижных звёзд, планетами стали называть небесные тела, вращающиеся вокруг звезды. Таким образом Землю причислили к планетам, а Солнце из их списка исключили.

Когда оказалось, что не только у Земли есть компаньон (Луна) – астрономы разглядели четыре спутника у Юпитера и пять у Сатурна – эти мелкие небесные тела стали называть «вторичными планетами» или «планетами-спутниками», а потом просто сократили до «спутников».

В начале XIX века были открыты новые «планеты» — Церера, Паллада, Юнона и Веста. Но быстро стало понятно, что они кардинально отличаются от обычных планет. Они находятся в одном участке космоса, между Марсом и Юпитером, их орбиты частично пересекаются, да и размера они небольшого. Английский астроном Уильям Гершель, открывший до этого Уран, назвал эти небольшие планеты «астероидами», что по-гречески означает «звездоподобные» — поскольку тогда даже при разглядывании в телескоп они были похожи на звёзды. Но когда подобные небольшие небесные тела начали находить регулярно, астероиды окончательно отделили в классификации от обычных планет.
Ещё одну планету, Нептун, открыли в конце XIX века.

Очередные сложности классификации подстерегали учёных в начале XX века, когда был открыт Плутон. Сначала астрономам показалось, что он превышает по размерам Землю, поэтому он мгновенно был возведён в ранг планет. Однако затем оказалось, что это далеко не так, а масса Плутона вообще составляет 0,2% от земной. Поскольку он всё равно значительно превышал по массе известные астероиды, а транснептуновые объекты ещё не были открыты, свой статус «планеты» он потерял позже.

После работ Койпера и исследования Солнечной системы при помощи космических зондов астероиды постепенно перестали считаться «малыми планетами», а крупные спутники планет, наоборот, возвели в этот ранг.

После того, как в 1990-х астрономы начали открывать экзопланеты – планеты, находящиеся за пределами Солнечной системы, и вращающиеся вокруг других звёзд – встал другой вопрос: какой максимальный размер может иметь небесное тело, чтобы считаться планетой? У других звёзд начали находить планеты, достаточно гигантские для того, чтобы приблизиться по размеру к коричневым карликам – а последние уже считаются звёздами, поскольку теоретически в них может идти синтез дейтерия.

В начале XXI века шли активные дебаты по поводу того, какие небесные тела можно считать планетами. Например, можно ли считать планетой тело, существующее в поясе астероидов, или тело, достаточно большое для того, чтобы внутри него шёл синтез дейтерия. Кроме того, некоторые небесные тела могут формироваться путём гравитационного сжатия газопылевого облака (вместо появления в протопланетном диске, согласно общепринятой гипотезе), но при этом не достигать размеров достаточных для старта ядерного синтеза в ядре – поэтому шли дискуссии, нужно ли учитывать способ формирования небесного тела при его классификации.

Также поднимался вопрос об исключении Плутона из состава планет, поскольку в том же регионе Солнечной системы нашлось уже достаточно много объектов, приближавшихся к нему по размеру. Кроме того, найденная в 2005 году карликовая планета Эрида была на 27% массивнее Плутона – и если он считался планетой, тогда и её стоило тоже записать в планеты.


Диаграмма Эйлера, описывающая типы объектов в Солнечной системе

В результате в 2006 году на XXVI Ассамблее Международного астрономического союза было принято новое определение планеты. Теперь официально планетой Солнечной системы называется небесное тело, удовлетворяющее всем следующим условиям:

• обращающееся по орбите вокруг Солнца (то есть не являющееся спутником другого тела);
• обладающее достаточной гравитацией, чтобы иметь форму, близкую к шару;
• вблизи орбиты которого имеется «пространство, свободное от других тел» — то есть, там нет тел, не являющихся её спутниками (иными словами, планета «очищает» свою орбиту от других тел).

Однако в разных дисциплинах к определению «планета» подходят по-разному. Например, в планетарной геологии (изучающей геологию разных небесных тел) планетой считают объект массой меньше звёздной, в котором никогда не шли реакции ядерного синтеза, и гравитация которого оказалась достаточной для придания ему формы шара в результате гидростатического равновесия. Параметры орбиты этого тела в учёт не берутся. Исходя из этого определения, такие тела, как Плутон и Церера, можно считать планетами.

Также под официальное определение не попадают экзопланеты, вращающиеся вокруг других звёзд. Пока общепринятого определения экзопланеты не существует.