Труды академика А. А. Михайлова получили мировое признание. Поразительна многогранность его научных интересов. Это — практическая и теоретическая гравиметрия, теория затмений, звёздная астрономия и астрометрия. Велики заслуги академика А. А. Михайлова в становлении и развитии советской астрономии.Редакционная коллегия и читатели «Земли и Вселенной» сердечно поздравляют Александра Александровича с юбилеем и желают ему здоровья и новых творческих успехов.

«Прецессия» в переводе с латинского означает «хождение вперед». Что представляет собой прецессия и как определяется ее величина!

ГДЕ НАЧАЛО ОТСЧЕТА КООРДИНАТ?

Положение точки на поверхности Земли определяется двумя координатами — широтой и долготой. Экватор как начало отсчета широты дан самой природой. Это—линия, во всех точках которой отвес перпендикулярен оси вращения Земли. Начало же отсчета долгот приходится выбирать условно. Это может быть меридиан, проходящий через какую-нибудь точку, которая принимается за исходную. Поскольку вычисление долготы связано с измерением времени, то за такую точку принимают астрономическую обсерваторию, где время определяется наиболее точно. Так, во Франции в старину долготы исчислялись от Парижской обсерватории; в России после основания в 1839 году Пулковской обсерватории — от меридиана, проходящего через центр ее главного здания. Были попытки взять за исходную точку такую, чтобы на данной территории все долготы отсчитывались в одну сторону. Например, в XVII веке за начало была принята самая западная точка Старого света — Ферро, один из Канарских островов, к востоку от которого лежала вся Европа, Азия и Африка.

В 1883 году по международному соглашению за начальный принят меридиан, проходящий через оптическую ось пассажного инструмента Гриничской обсерватории («Земля и Вселенная», № 5, 1975, с. 74—80.— Ред.).

Выбор начального меридиана для отсчета долгот не имеет принципиального значения и диктуется целесообразностью и удобством. Важно лишь, чтобы исходная точка была устойчива и не находилась бы в сейсмически неспокойном районе. Нужно также, чтобы она не располагалась слишком близко к полюсу, где положение меридиана определяется не очень уверенно. При соблюдении этих условий постоянство начального меридиана будет обеспечено на тысячи лет, так как смещение блоков земной коры не превышает нескольких миллиметров в год, что может вызвать изменение долготы на 0,1" лишь за тысячелетие.

На небесной сфере положение светил тоже определяется двумя сферическими координатами, аналогичными географическим координатам. Широта здесь заменена склонением, равным угловому расстоянию точки от небесного экватора — большого круга, плоскость которого перпендикулярна оси вращения Земли. Географической долготе соответствует прямое восхождение, которое отсчитывается с запада на восток — в сторону движения планет Солнечной системы. Однако выбор начальной точки на небесной сфере сложнее. Понятно, что такая точка должна быть неподвижной, но относительно чего? Нельзя брать за начало какую-нибудь звезду, ведь каждая звезда имеет собственное движение, и у некоторых оно превышает \" в год. Это в десятки тысяч раз больше, чем движение нуль-пункта географической долготы.

ПОЧЕМУ ИЗМЕНЯЕТСЯ СКЛОНЕНИЕ ЗВЕЗД?

Астрономия как наука возникла в глубокой древности отчасти вледст-вие потребности в измерении времени, связанного с видимым суточным и годичным движениями Солнца, которые вызывают смену дня и ночи и времен года. Отсюда сама собой появилась тесно связанная с Солнцем система астрономических координат. За нуль-пункт прямых восхождений была принята точка пересечения небесного экватора с эклиптикой, через которую Солнце проходит в момент весеннего равноденствия. Во времена древних астрономов эта точка находилась в зодиакальном созвездии Овна, знак которого Т похож на греческую букву гамма. Такое обозначение точки весеннего равноденствия сохранилось до сих пор. Она ничем не отмечена на небе и определить ее положение можно, лишь измеряя вблизи равноденствия склонения Солнца: в момент, когда при переходе из южного полушария в северное его склонение равно нулю, центр Солнца и будет находиться в точке весеннего равноденствия. Привязку ее к звездам астрономы умели делать более 2000 лет тому назад. В то время не было средств для наблюдения звезд днем наряду с Солнцем, так что приходится удивляться остроумию и умению древних наблюдателей.

Греческий астроном Клардий Пто-лемей в знаменитом сочинении, известном нам под искаженным арабским названием «Альмагест» (середина II века), писал, что живший за три столетия до него величайший греческий астроном Гиппарх определял широты звезд (угловые расстояния от эклиптики), а также их склонения (расстояния от экватора) и сравнивал их с аналогичными наблюдениями Тимохариса, произведенными на 100 лет раньше. Гиппарх нашел, что широты звезд остались неизмененными, а склонения заметно изменились. Это указывало на смещение экватора относительно эклиптики. Птолемей проверил выводы Гип-парха и получил следующие склонения звезд: а Тельца а Девы Альдебаран Спика + 8°45' +1°24' (Тимохарпс) + 9°45' +0°36' (Гиппарх) +11°0' —0°30' (Птолемей) Оказалось, что склонение Альде-барана со временем увеличилось, а Спики уменьшилось. Гиппарх истолковал это перемещением среди звезд точки весеннего равноденствия. Она движется навстречу Солнцу, поэтому Солнце возвращается к ней раньше, чем опишет полный оборот по эклиптике. Отсюда и произошел термин «предварение» равноденствия (по-латыни, ргаесезэеге). Перемещение точки весеннего равноденствия (Г) за период с III века до нашей эры по II век. Изменение склонений звезд Алъдебарана (А) и Спики (8) К. Птолемей связал со смещением экватора относительно эклиптики, а значит, и с движением точки их пересечения Г навстречу Солнцу (направление его движения указано стрелкой).

Изменилось и положение Северного полюса мира с Р на Р'

Скорость движения точки весеннего равноденствия по эклиптике весьма мала, Гиппарх оценил ее в 1° за 100 лет, или 36" в год. Птолемей получил большее значение—почти 60" в год. С тех пор эта фундаментальная для астрометрии величина уточнялась по мере накопления наблюдений, совершенствования техники и течения времени. Арабские ученые в Х—XI веках находили, что точка весеннего равноденствия смещается за год на 48—54", великий узбекский астроном Улугбек в 1437 году получил 51,4". Последний, кто проводил наблюдения невооруженным глазом, был Тихо Браге. В 1588 году он оценил эту величину в 51".

Год природы, то есть период повторения сезонов, называемый тропическим годом, определяется движением Солнца относительно точки весеннего равноденствия и равен 365,24220 средних солнечных суток. Полное обращение Солнца относительно неподвижной точки эклиптики, например звезды с исчезающе малым собственным движением, известно как звездный, или сидерический, год. Он равен 365,25636 суток, то есть на 0,01416 суток, или 20 минут 24 секунды, длиннее тропического года. Именно такой промежуток времени требуется Солнцу для прохождения отрезка эклиптики, на который отступила за год точка весеннего равноденствия.

ВСЕГДА ЛИ ПОЛЯРНАЯ ОСТАНЕТСЯ ПОЛЯРНОЙ

Итак, более 2000 лет назад было обнаружено явление прецессии, но объяснение его дал лишь в 1687 году Исаак Ньютон в своем бессмертном сочинении «Математические начала натуральной философии». Он правильно заключил, что вследствие суточного вращения вокруг оси Земля имеет форму слегка сплющенного у полюсов эллипсоида. Ее можно рассматривать как шар с добавочной массой, расположенной вдоль экваториального пояса. Притяжение Земли Луной и Солнцем в этом случае можно разделить на две части: притяжение земного шара силой, приложенной к его центру, и притяжение экваториального пояса. Когда Луна 2 раза в месяц, а Солнце 2 раза в год отходят от плоскости земкого экватора, их притяжение создает момент силы, стремящийся повернуть Землю так, чтобы ее экватор проходил через эти светила.

Силы притяжения Луны, действующие на центр нашей планеты и ее экваториальный пояс экватора, их притяжение создает момент силы, стремящийся повернуть Землю так, чтобы ее экватор проходил через эти светила. Если бы Земля не вращалась, то такой поворот действительно произошел бы, но быстрое вращение Земли (ведь точка ее экватора перемещается со скоростью 465 м/с) создает гироскопический эффект, как у вращающегося волчка. Сила тяжести стремится повалить волчок, но вращение удерживает от падения, и его ось начинает движение по конусу с вершиной в точке опоры. Подобно этому и земная ось описывает конус вокруг оси эклиптики, ежегодно отходя на 50,2" и совершая полный оборот почти за 26 000 лет. Это изменение направления земной оси в пространстве приводит к тому, что Северный полюс мира описывает вокруг Северного полюса эклиптики малый круг с радиусом около 23,5°, то же происходит и с Южным полюсом. Поскольку собственные движения звезд малы по сравнению с прецессионным движением, можно считать звезды практически неподвижными, а полюсы — перемещающимися среди них.

В настоящее время Северный полюс мира находится очень близко к яркой звезде 2-й величины к Малой Медведицы, которая поэтому называется Полярной. В 1978 году угловое расстояние полюса от этой звезды равно 50', а в 2103 году оно станет минимальным — всего 27'. Мы бы назвали такую близость полюса мира к яркой звезде удачной. Действительно, в практической астрономии и ее приложениях к географии, геодезии, навигации и авиации Полярная звезда используется для определения широты и азимута. К 3000 году Северный полюс удалится от нынешней Полярной звезды почти на 5°. Затем долгое время не будет близкой к полюсу яркой звезды. Около 4200 года полюс подойдет на расстояние 2° к звезде а Цефея 2-й величины. В 7600 году полюс окажется близ звезды б Лебедя 3-ей величины, а в 13800 году полярной, хотя и далекой от полюса (на 5°), будет наиболее яркая звезда северного полушария Вега в созвездии Лиры.

В южном полушарии, наоборот, полюс сейчас находится в области неба, крайне бедной яркими звездами. Ближайшая к полюсу звезда о Октанта имеет всего 5-ю величину и едва видна невооруженным глазом. Зато в будущем, хотя и далеком, в южном полушарии будет «урожай» на близполюсные звезды. Однако движение полюсов не строго равномерно, оно медленно изменяется вследствие векового уменьшения наклона экватора к эклиптике, а также уменьшения эксцентриситета земной орбиты. Кроме того, происходят более значительные периодические колебания в положении полюсов, вызванные изменениями склонений Луны и Солнца. Когда их склонения увеличиваются — светила удаляются от экватора,— возрастает их стремление повернуть Землю в свою сторону. Хотя Луна имеет массу в 27 млн. раз меньше массы Солнца, но она настолько ближе к Земле, что ее действие в 2,2 раза сильнее действия Солнца. Таким образом, почти 70% прецессионного движения вызывается Луной.

Луна и Солнце периодически изменяют свое положение относительно экватора. Склонение Солнца регулярно меняется в пределах ±23,5° с годичным периодом, склонение Луны меняется более сложно, в зависимости от положения узлов лунной орбиты, которые совершают один оборот по эклиптике за 18,6 года. Наклон лунной орбиты к эклиптике составляет 5° и, когда восходящий узел близок к точке весеннего равноденствия, наклон орбиты складывается с наклоном эклиптиг.ч, так что склонение Луны в течение месяца колеблется между ±28,5°. Через 9,3 года, когда к точке весеннего равноденствия подходит нисходящий узел, наклоны вычитаются и склонение Луны меняется в пределах ±18,5°. Месячные изменения склонения Луны и годичные изменения склонения Солнца не успевают произвести значительного действия на прецессионное движение. Колебание же склонения Луны с периодом 18,6 года вызывает колебания земной оси с амплитудой 9,2", называемые нутацией. Это явление открыл английский астроном Джеймс Брад-лей в 1745 году.

Имеется еще одно обстоятельство, не влияющее на склонения звезд, но тем не менее вызывающее небольшое движение точки весеннего равноденствия. Это — притяжение планет Солнечной системы.Положения Северного (вверху) и Южного (внизу) полюсов мира среди, звезд. Положения полюсов отмечены цифрами через каждую тысячу лет, начиная с 2000 года до нашей эры (—2) и кончая 23000 годом (23). Планеты слишком далеки от Земли, чтобы их действие на экваториальный пояс Земли было ощутимым.

Однако вследствие наклонов планетных орбит к эклиптике возникает некоторый, хотя и очень слабый момент сил, стремящийся повернуть плоскость земной орбиты до совпадения с плоскостью орбиты данной планеты. Суммарное действие всех больших планет слегка изменяет положение эклиптики, что сказывается и на положении точек пересечения ее с экватором, то есть на положении точки весеннего равноденствия. Это дополнительное смещение, равное примерно 0,1" в год, называется прецессией от планет, тогда как основное движение есть лунно-солнечная прецессия. Суммарное действие лунно-солнечной прецессии и прецессии от планет называется общей прецессией.

КАК ИЗМЕРИТЬ ПРЕЦЕССИЮ?

Зная массы планет и элементы их орбит, можно точно вычислить значение прецессии от планет, но лунно-солнечную прецессию приходится определять из наблюдений почти тем же способом, как это впервые сделал Гиппарх,— по изменениям планет Солнечной системы.

Прецессия и нутация земной оси (масштаб нутационных колебаний для наглядности увеличен)склонении звезд. Такой способ проще и надежнее, чем нахождение положений точки весеннего равноденствия среди звезд. Однако дело осложняется тем, что все звезды имеют собственные движения, также влияющие на их склонения, и приходится тщательно исследовать и исключать эти движения из наблюдавшихся склонений звезд. Особенно трудно исключить систематические движения звезд, вызванные перемещением Солнца в пространстве и вращением Галактики.

Большую работу по точному определению значения общей прецессии выполнил в конце прошлого века американский астроном Саймон Ньюком. Полученное им значение было утверждено в 1896 году международной комиссией, хотя теперь мы знаем, что определение этой важной постоянной, произведенное почти на полвека раньше пулковским астрономом, а впоследствии директором Пулковской обсерватории О. В. Струве, точнее. Значение общей прецессии, вычисленное Нью-комом для 1900 года, равно: 50,2564" + 0,000222" Т (второй член дает годичное изменение, Т—число лет, протекших с начала 1900 года). Постоянной прецессии Ньюкома пользовались все астрономы в течение 80 лет. Лишь в 1976 году XVI съезд Международного астрономического союза в Гренобле принял новое значение для 2000 года: 50,290966" + 0,0002222" Т. Старое значение для 2000 года (50,2786") на 0,0124" меньше нового. В заключение опишем способ определения постоянной прецессии, разработанный в последние десятилетия. Мы уже задавались вопросом, как найти на небесной сфере неподвижную точку для обоснования нуль-пункта прямых восхождений. Еще в 1806 году французский астроном и математик Пьер Лаплас высказал мысль, что наименьшими, исчезающе малыми собственными движениями обладают слабые и далекие туманные пятна, видимые в телескопы во многих местах неба. Лаплас считал их большими звездными системами, удаленными от нас на огромные расстояния.

Впоследствии Лаплас, пытаясь обосновать свою космогоническую гипотезу, изменил мнение о природе туманностей. Он полагал, что это — планетные системы, находящиеся в стадии формирования, то есть образования, гораздо меньшие и более близкие к нам. Теперь мы знаем, что правильно первое мнение Лапласа, но на это предположение в свое время не обратили внимания, да и не было тогда для него обоснования. Практическое осуществление идеи Лапласа — определить нуль-пункт прямых восхождений относительно внегалактических туманностей — стало возможным только после усовершенствования астрофотографии.

Внегалактические туманности — галактики — нельзя считать абсолютно неподвижными. Как следует из теории расширяющейся Вселенной, галактики удаляются от нас со скоростями, пропорциональными их расстояниям. Если принять, что поперечные линейные скорости одного порядка со скоростями удаления, то они составляют примерно 75 км/с на 1 млн. парсек, или 3, 26 млн.'световых лет. Тогда получается, что смещения далеких галактик на небесной сфере станут заметными лишь через миллионы лет. Таким образом, галактики могут служить основой инерциальной системы координат — системы, которая не имеет вращения, а обладает только поступательным прямолинейным движением («Земля и Вселенная», № 5, 1967, с. 14—24.—Ред.). Строго говоря, движение должно быть и равномерным, но мы не располагаем способом обнаружения неравномерности и потому вынуждены с ней не считаться.

Лишь в 30-х годах текущего столетия пулковские и московские астрономы подняли вопрос о привязке системы звездных положений к далеким галактикам. Предложение советских астрономов подробно обсуждалось в 1952 году на VIII съезде Международного астрономического союза в Риме, и вскоре А. Н. Дейч в Пулкове и С. Василевские на Лик-ской обсерватории в США получили многочисленные фотографии галактик и слабых звезд. Эти снимки можно было использовать в качестве «первых эпох», дающих положения звезд для некоторых исходных моментов. Повторение таких снимков через 20 и более лет послужило для определения абсолютных собственных движений звезд относительно галактик. Эти работы выполнялись в Пулкове, Москве, Ташкенте и на нескольких зарубежных обсерваториях.

Установление инерциальной системы с помощью далеких галактик осложняется тем, что галактики, которые имеют достаточно светлое и четкое ядро для уверенного измерения на фотонегативах, не ярче 15-й звездной величины. Такой же примерно величины бывают и «привязанные» к ним звезды. Для практики же интересны положения ярких звезд — от 1-й до 6-й или 7-й величины, блеск которых в десятки тысяч раз превосходит звезды 15-й величины. Поэтому приходится повторно фотографировать участки неба и производить необходимую привязку часто даже в две ступени, включая промежуточные звезды примерно 10-й величины.

С момента получения фотографий «первых эпох» прошло еще недостаточно времени, чтобы в полной мере использовать преимущества нового способа определения постоянной прецессии. В будущем этот метод даст уверенное и точное обоснование инерциальной системы координат. И тогда положение точки весеннего равноденствия — нуль-пункт прямых восхождений — будет «закреплено» на небесной сфере на многие тысячелетия.