Далеко не каждая звезда имеет собственное имя. Как правило, только самые яркие светила могут позволить себе подобную роскошь. Звездные имена, будучи в основном арабского происхождения, звучат для нашего уха красиво и непривычно. Но в переводе они, как правило, обнаруживают весьма прозаический смысл: так звезда Арнеб превращается в Зайца, Мегрец в Начало хвоста, Мирфак в Локоть… Правда, попадаются на небе и необычные звезды, которые имеют столь же необычные имена. Одна из таких звезд находится в созвездии Персея, и ее имя — Алголь.

Алголь (или бета Персея) — вторая по яркости звезда в созвездии Персея. Ее блеск равен примерно 2,2m, что сравнимо с блеском звезд ковша Большой Медведицы. В списке самых ярких звезд ночного неба она располагается в седьмом десятке. Тем не менее, наверняка каждый из нас краем уха слышал про эту звезду.

звезда Алголь

Алголь, β Персея или «звезда дьявола». Фото: F. Espenak

Но чем она знаменита? Почему древние в лучшем случае опасались ее, считая необычной звездой, а в худшем попросту боялись ее? Имя Алголь, имеющее арабские корни, также несет зловещий оттенок! Глагол غال (гальa) означает губить, убивать, существительное الغول (ал-гуль) переводится как злой дух или чудовище! Чудовищная звезда, или даже еще хуже — звезда дьявола! Вот так название!

Алголь принадлежит созвездию Персея на протяжении более двух тысяч лет. (Древние, как известно, были большими мастерами объединять группы звезд в созвездия, рисунки хотя и произвольные, но удобные для запоминания.) Персей же является одним из самых известных персонажей древнегреческих мифов, причем героем сугубо положительным, без отрицательных черт (вспомним, что даже Геракл подчас поддавался вспышкам гнева). Как в этом созвездии могла оказаться «звезда Дьявола»?!

Оказывается, она здесь находится совершенно на своем месте! Вспомним миф о Персее. Согласно легенде Персей совершил один из главных подвигов, убив Медузу Горгону, страшное морское чудовище, от одного вида которой люди превращались в камень. Хитрый Персей отрубил голову Медузе, глядя в ее отражение в отполированном щите, чтобы не окаменеть. И затем эта голова со змеями вместо волос помогла ему одержать несколько важных побед над врагами. На небе созвездие Персея отображалось следующим образом: в одной руке герой держит поднятый над головой меч, а в другой — страшную голову Медузы, которая и после смерти готова обратить в камень каждого, кто на нее посмотрит.

Персей и голова Медузы

Созвездие Персея в атласе Иоганна Байера «Уранометрия», 1603 г. Источник: wallhapp.com

Так вот Алголь изображался на древних картах в качестве одного из глаз ужасной Медузы! Даже в Темные века, когда античные знания о небе перекочевали из Европы в исламский мир, арабские астрономы продолжали рисовать созвездие Персея со звездой дьявола в качестве одного из глаз Медузы! Случайно ли? Вовсе нет!

Они заметили (быть может, замечено это было еще раньше!), что Алголь… подмигивает! Другими словами блеск звезды не постоянен, она светит то ярче, то тусклее! Заметить это нелегко, ведь бо́льшую часть времени звезда светит неизменно. Если, однако, наблюдать за ней внимательно, можно поймать момент, когда Алголь на несколько часов блекнет почти в три раза! Это, а также тот факт, что изменения блеска происходили стремительно, наверняка пугало средневековых астрономов. «Подмигивание» с небес, которые в ту пору считались неизменными и совершенными, кажется, намекало на что-то нехорошее.

Алголь — переменная звезда

Сегодня мы знаем, что Алголь не одинок. На небе существует множество звезд, которые подобно ему, изменяют время от времени свой блеск. Такие звезды называются переменными. Изменение блеска происходит по разным причинам. Некоторые виды старых звезд неустойчивы; они беспрерывно и ритмично изменяются в размерах, то раздуваясь, то, наоборот, сокращаясь. Другие звезды покрыты огромными пятнами, подобными солнечным, только гораздо бо́льшими по размерам. Когда к Земле поворачивается та сторона звезды, на которой пятен особенно много, звезда тускнеет. К какой же категории переменных относится бета Персея? Алголь — самая известная затменно-переменная звезда. Как понимать этот термин?

Для этого давайте вернемся в Европу.

Переменность блеска Алголя для европейцев открыл итальянский математик и астроном Джеминиано Монтанари в 1669 году. Несмотря на то что открытие Монтанари вскоре подтвердили другие астрономы (например, Маральди и Палитцш), переменность Алголя не была исследована вплоть до 1782 года. Астрономы не знали, как именно изменяет блеск Алголь — строго периодически или хаотично, на одну и ту же звездную величину или на разные.

Первым, кто взялся тщательно исследовать звезду, был глухонемой английский юноша из Йорка по имени Джон Гудрайк.

Джон Гудрайк (John Goodricke) — 1764-1786 — один из первых наблюдателей переменных звезд. Источник: Википедия

Осенью 1782 года, восемнадцати лет от роду, Гудрайк принялся каждую ясную ночь оценивать блеск Алголя, сравнивая его с блеском других звезд. Часто он делал это несколько раз за ночь, чтобы не пропустить момент, когда звезда начнет тускнеть. В конечном счете Гудрайк рассчитывал собрать достаточно оценок, чтобы построить график изменения блеска звезды во времени и посмотреть, нет обнаружатся ли на нем какие-либо закономерности.

Но время шло, а пресловутая звезда дьявола не подавала признаков переменности. Другой на месте Гудрайка давно оставил бы попытки «поймать» звезду с поличным, но юноша был терпелив и настойчив. Наконец, 12 ноября 1782 года он записал в журнале:

«Этой ночью я смотрел на Бету Персея и был поражен тем фактом, что его яркость изменилась. Теперь это звезда приблизительно 4-й величины. Я наблюдал ее старательно в течение примерно часа. Было трудно поверить, что ее блеск изменился, поскольку я никогда не слышал, чтобы звезды могли так быстро изменять свою яркость».

Увиденное было столь поразительно, что вначале Гудрайк подумал, что имеет дело с оптической иллюзией, дефектом зрения или результатом волнения атмосферы. Однако дальнейшие наблюдения показали, что звезда действительно меняет свой блеск, причем делает это строго периодически! К апрелю 1783 года Гудрайк определил период изменения блеска Алголя: 2 суток и 21 час.

Но в чем причина переменности Алголя? Гудрайк предположил, что вокруг звезды вращается достаточно большое тело, которое, проходя перед звездой, частично закрывает ее от нас, уменьшая идущий от нее поток света. По мысли Гудрайка это могла быть планета или более тусклая звезда. Два небесных тела были расположены так близко друг к другу, что их нельзя было разделить ни в один телескоп.

Идея Гудрайка хорошо объясняла строгую периодичность изменения блеска и потому была принята большинством астрономов. Однако вплоть до 1889 года оставалась хотя и красивой, но всего лишь гипотезой. Доказал правоту англичанина астроном Герман Фогель, который работал в Потсдамской обсерватории. Для того, чтобы показать, что Алголь состоит из двух компонентов, он применил спектральный анализ — метод, который в ту пору только входил в научный обиход. С помощью призмы Фогель разложил свет Алголя на спектр. В нем, как и следовало ожидать, обнаружились темные линии поглощения различных химических элементов. Удивительным было то, что линии то расходились, то сходились, так, как если бы принадлежали двум разным звездам. Смещение линий говорило о движении объектов — по закону Доплера смещение в красную сторону свидетельствует об удалении звезды от наблюдателя, а в фиолетовую — об ее приближении.

Тщательные наблюдения позволили установить, что полный цикл расхождения и схождения линий составлял 2,87 суток, в точности совпадая с периодом переменности Алголя! Так гениальная догадка Гудрайка нашла свое подтверждение в строгих наблюдениях. Звезда дьявола в действительности состояла из двух звезд, обращающихся вокруг общего центра масс. Орбита звезды-спутника расположена так, что она закрывает (или, как говорят астрономы, затмевает) от нас главную звезду каждый раз, проходя между ней и Землей. В результате суммарный поток света от Алголя уменьшается. Такие звезды ученые называют затменно-переменными.

Система Алголя. Орбита звезды-спутника по отношению к Земле расположена

Система Алголя. Орбита звезды-спутника расположена по отношению к Земле таким образом, что каждый раз проходя между главной звездой и Землей, спутник частично затмевает главную звезду, вызывая падение суммарного блеска системы. Рисунок: Большая Вселенная

Алголь стал первой затменно-переменной звездой, обнаруженной человеком. Уже через год после исследования переменности Алголя, Гудрайк и его друг астроном Пигготт нашли еще одну затменно-переменную звезду, β Лиры. Сейчас таких светил известно много тысяч; Алголь, будучи одной из самых близких затменно-переменных звезд, является одновременно и самой изученной звездой такого рода.

Изучая кривую блеска Алголя

Первое, что делают астрономы, исследуя ту или иную переменную звезду, это строят график изменения ее блеска во времени. Такой график называется кривой изменения блеска звезды. О чем он может рассказать в случае Алголя?

Оказывается, о многом!

график изменения блеска Алголя

Кривая изменения блеска Алголя. Рисунок: Большая Вселенная

Перед вами кривая изменения блеска Алголя, полученная по точным фотоэлектрическим наблюдениям. По оси X отложено время в долях периода (в нашем случае период равен 2,87 суток), по оси Y — разность звездных величин. Первое, что бросается в глаза — глубокий провал в начале и в конце периода. Это — минимум блеска. В этот момент более тусклый компонент системы Алголя закрывает собой главный и максимально ослабляет суммарный свет системы.

Далее, примерно, на половине цикла видно еще одно небольшое падение блеска. Оно настолько незначительно, что совершенно незаметно для глаза. Это — вторичный минимум, момент, когда спутник Алголя находится уже за главной звездой и также частично им затмевается. Если бы спутник не затмевался, никакого падения блеска бы не было.

Заметим также, что в момент главного затмения подъем блеска начинается сразу же по достижении минимума. Это свидетельствует о том, что происходит частное затмение (главная звезда затмевается не полностью). Если бы главный компонент в системе полностью закрывался спутником, то в течение некоторого времени блеск системы был бы постоянным (пока главная звезда закрыта) и мы наблюдали бы не гладкую кривую, а изломанную с «плато» в минимуме блеска. То же справедливо, кстати, и для вторичного минимума. Там тоже нет ровного прямого отрезка, а это значит, что и более слабый компонент системы затмевается главным не полностью.

Что еще? Обратите внимание: вне затмения блеск системы также изменяется! От минимума ко вторичному минимуму он растет, после вторичного минимума — медленно уменьшается. Казалось бы в это время блеск системы должен оставаться постоянным, ведь до нас доходит свет от обоих компонентов! Все верно, однако мы не учли тот факт, что компоненты расположены очень близко друг к другу, поэтому более слабая звезда-спутник, освещаемая более яркой, может рассеивать ее свет! (Так же, как и планеты отражают и рассеивают солнечный свет!)

Исследования показывают, что такой эффект становится обнаруживаемым, когда звезда спутник не только излучает меньше света, чем главная звезда, но и больше главной по размерам! (Это логично: чем больше площадь отражения, тем больше света будет рассеяно!) Очевидно, что больше всего света отразится в сторону наблюдателя, когда тусклый компонент расположится за яркой, то есть вблизи вторичного затмения!

В 2012 году компоненты системы Алголя были разделены на интерферометре CHARA

В 2012 году компоненты системы Алголя были разделены на интерферометре CHARA. Источник: Википедия

Итак, одно лишь внимательное изучение блеска Алголя позволяет построить следующую картину. Система β Персея состоит из двух звезд, одна из которых ярче, а другая тусклее. Звезды расположены очень близко друг к другу, так что период их обращения вокруг центра масс равен 2,87 суток. При этом расположена пара таким образом, что мы на Земле можем наблюдать частные затмения каждый раз, когда один компонент оказывается за другим. Кроме того, мы обнаружили эффект отражения (или переизлучения) света главной звезды от звезды-спутника. Это дало право нам предположить, что спутник, излучая меньше света, чем главная звезда, в то же время больше ее по размерам.

Физические характеристики Алголя

Несмотря на интересные выводы, сделанные на основе анализа блеска Алголя, мы можем значительно расширить наши знания об этой системе, если воспользуемся спектральным анализом. Этот метод уже помог астрономам доказать двойную природу звезды, но он также подробно рассказал и о каждом компоненте системы в отдельности.

Оказалось, что главная звезда, Алголь А, принадлежит к числу горячих голубовато-белых звезд. Ее спектральный класс B8V (римская цифра V означает, что это звезда главной последовательности), а температура поверхности составляет 12550K (у Солнца 5800 К). Радиус звезды в 2,73 раза больше солнечного, а масса в 3,39 раза больше массы Солнца. Алголь А излучает в 182 раза больше света, чем Солнце!

Если смотреть на звезду

Если смотреть на Алголь невооруженным глазом или в телескоп, то отчетливо заметен ее голубовато-белый цвет. Так происходит потому, что основной вклад в излучение системы дает голубая звезда Алголь А. Источник: Wikisky.org

Алголь B гораздо холоднее главной звезды: температура ее поверхности составляет всего 4900 К. Звезда относится к спектральному классу К0IV (цифра IV означает, что это звезда-субгигант). Действительно, Алголь B, имея массу всего 0,77 от массы Солнца, излучает в 6 раза больше света, чем наше дневное светило. Радиус Алголя B в 3,48 раз больше радиуса Солнца.

Голубая и оранжевая звезда — как красиво, должно быть, выглядело бы небо на планете, вращающейся вокруг этой пары! Астрономы пока не знают, существуют ли планеты у беты Персея, зато они открыли в этой системе… еще одну звезду!

Алголь С находится на расстоянии 400 миллионов километров (2,9 а. е.) от затменно-переменной пары и вращается вокруг нее с периодом 680 дней. Астрономы заподозрили существование третьей компоненты системы в конце 1950-х годов, однако ее характеристики долгое время не удавалось установить точно из-за влияния на спектр Алголя С спектра соседей.

Сегодня, когда звезда уже разделена методом спекл-интерферометрии и хорошо изучен ее спектр, мы знаем, что Алголь С — белая звезда спектрального класса А7V, температура ее поверхности составляет 7500 К, масса 1,58 больше массы Солнца, а радиус в 1,7 раз превышает солнечный. Алголь С испускает в 10 раз больше света, чем наше дневное светило.

Таким образом, Алголь — тройная звезда! Все три компонента родились одновременно из одного газо-пылевого облака, их возраст оценивается в 300 миллионов лет.

Парадокс Алголя

Вы не заметили ничего странного в изложенных выше фактах? Давайте еще раз посмотрим на данные, полученные астрономами. Алголь А — горячая массивная звезда главной последовательности, то есть звезда, которая, подобно Солнцу, находится в равновесии, сжигая в своем ядре водород. Между тем ее спутник, звезда Алголь B, уже сошла с главной последовательности и перешла в стадию субгиганта. Это значит, что она проэволюционировала гораздо дальше главной звезды: водород в ее ядре подходит к концу.

Но как это возможно, ведь Алголь А гораздо массивнее спутника?! А чем звезда массивнее, тем быстрее она сжигает ядерное топливо, и тем быстрее в конечном итоге эволюционирует! Кажется, мы наткнулись на очевидное противоречие!

Это противоречие, возникающее при сопоставлнеии наблюдаемых данных с теорией, получило название «парадокс Алголя». Объясняется он просто и красиво.

В прошлом Алголь B был массивнее Алголя А и потому быстрее проэволюционировал. Превратившись в субгигант, Алголь B заполнил полость Роша — область вокруг звезды, где сила ее притяжения больше силы притяжения спутника. В результате вещество Алголя B начало перетекать на Алголь А, обогащая звезду водородом (во внешних слоях звезды его всегда больше, чем в ядре) и одновременно разогревая ее за счет дополнительной массы. Так проэволюционировавшая звезда стала менее массивной, чем эволюционно более молодая. Нечто подобное астрономы наблюдали на примере Регула.

система Алголя

Процесс перетекания вещества в системе Алголя, рисунок художника. Источник: www.orionsarm.com

Как наблюдать Алголь?

А можно ли самому пронаблюдать за изменением блеска Алголя? Разумеется! Вы не только в состоянии собственными глазами убедиться в переменности звезды, но и проделать ту же работу, что и Джон Гудрайк, построив кривую блеска Алголя. Для этого вам не потребуется ни телескоп, ни другое дорогостоящее оборудование, только ваши собственные глаза, часы и карандаш с листком бумаги.

Ваша цель состоит в том, чтобы собрать несколько десятков оценок блеска звезды (включая, разумеется, оценки, сделанные вблизи минимума блеска Алголя!), затем перевести эти оценки в звездные величины и нанести их на график. Кажется слишком сложно? Вовсе нет! Более того, это может оказаться очень увлекательным занятием! Если вы еще не испугались этой задачи, то читайте нашу статью Как наблюдать затменную переменную звезду Алголь, где подробно описано, как именно следует проводить наблюдения.

Если же точные наблюдения слишком утомительны для вас, просто понаблюдайте за звездой в момент затмения. В начале события Алголь представляет собой поразительное зрелище! Блеск звезды падает почти на глазах. Чтобы убедиться в этом, не нужно даже проводить точных наблюдений, достаточно просто посматривать на звезду с интервалом в полчаса! Есть что-то невероятное в том, как Алголь за считанные часы превращается из второй по яркости звезды Персея в совершенно заурядную звездочку.

Как мы уже писали выше, процесс затмения длится около 10 часов: пять часов блеск Алголя падает, а затем на протяжении пяти часов растет. Через 2 суток и 11 часов явление повторяется. Чтобы не ждать понапрасну начало затмения (вдруг он приходится на дневные часы?), зайдите на страничку Минимум Алголя, где указаны моменты минимума β Персея на ближайшие месяцы.

Но прежде чем приниматься за наблюдения, нужно вначале отыскать Алголь на небе!

Как найти Алголь на небе?

Наблюдать Звезду дьявола в средних широтах можно почти круглый год, за исключением периода коротких летних ночей, когда созвездие Персея находится низко над горизонтом на севере. В конце лета по вечерам Персей виден на востоке, в начале осени — на юго-востоке. Лучшее время для наблюдения Алголя — осень и первая половина зимы. В это время по вечерам созвездие Персея находится почти в зените в южной части неба.

созвездие Персея

Созвездие Персея в конце лета находится на востоке. Рисунок: Stellarium

Осенью Персей проще всего найти по созвездию Кассиопеи, которое находится в зените и внешне похоже на букву W. Другой способ поиска — оттолкнуться от гигантского «ковша» с рукояткой, который образуют созвездия Пегаса и Андромеды. Главная звезда Персея, Мирфак, находится на продолжении рукоятки «ковша». Весной и летом, когда созвездие Персея находится низко над горизонтом, его легко найти, отталкиваясь от яркой желтой звезды Капеллы.

Персей

Осенью Персей находится высоко в южной части неба. Рисунок: Stellarium

Наиболее яркие звезды Персея образуют три цепочки — две нижних и верхнюю, — похожие на зеркальное отражение греческой буквы λ. Три цепочки соединяются в самой яркой звезде Персея, известной под именем Мирфак. Алголь находится внизу правой нижней цепочки, вместе со звездами ω, ρ и π Персея образуя небольшой четырехугольник.

алголь

Положение Алголя в созвездии Персея. Рисунок: Stellarium

Алголь и Древний Египет

В начале статьи мы рассказывали о том, что Алголь с древнейших времен носит «ужасные» имена, связанные, по всей видимости, с переменностью его блеска. В последнее время появились данные, что переменность Алголя была известна уже в Древнем Египте!

К этому выводу пришла группа финских ученых из университета Хельсинки, которая проанализировала Каирский календарь — древний папирус, датируемый 1271 — 1163 гг. до нашей эры. Особенность этого календаря в том, что в нем дается прогноз Счастливых и Несчастливых дней года (нечто сродни современным астрологическим прогнозам). Более того, даже в пределах одного дня составители календаря выделяли «счастливые» и «несчастливые» часы. Эти прогнозы основывались как на мифологических, так и на астрономических событиях, которые, по мысли авторов календаря, влияли на повседневную жизнь людей.

Изучая Каирский календарь, финские исследователи подметили две периодичности в прогнозах, которые увязали с астрономическими явлениями. Первая — 29,6-дневная, сразу нашла свое объяснение. Она практически точно соответствует циклу фаз Луны. Вторая же периодичность составила 2,85 суток, и ее объяснить было не так легко. Единственное астрономическое событие с подобным циклом, которое можно наблюдать невооруженным глазом (телескопов у египтян не было!), — цикл Алголя!

В этом объяснении, в принципе, нет ничего фантастического. Наблюдательная астрономия в Древнем Египте была на достаточно высоком уровне, и жрецы вполне могли владеть знаниями о переменности беты Персея.

Расстояние до Алголя

Алголь — одна из самых близких к Земле затменных переменных звезд. Расстояние до нее было измерено довольно точно спутником HIPPARCOS и составляет 93 световых года.

Но так было не всегда, ведь звезды находятся в постоянном движении. Около 7 миллионов лет назад бета Персея находилась гораздо ближе к нам, на расстоянии всего 10 световых лет! Ее блеск в это время равнялся -2,5m, что сравнимо с блеском Юпитера и в 2,5 раза больше блеска Сириуса, самой яркой звезды ночного неба! Алголь в это время был, без сомнения, ярчайшим объектом на небе после Солнца, Луны и Венеры!

Учитывая, что полная масса системы Алголя составляет внушительные 6 масс Солнца, некоторые астрономы подозревают, что во время наибольшего сближения бета Персея могла силой своего притяжения вызвать возмущения в облаке Оорта, гигантском облаке комет, окружающем Солнечную систему. В результате количество комет, попадающих во внутреннюю часть Солнечной системы увеличилось. Поневоле задаешься вопросом: может быть, Алголь носит свое имя справедливо?..

Система Алголя в цифрах

Ниже светимость, масса и радиус звезд выражены в солнечных. Данные о массах, радиусах и температурах звезд взяты из статьи Spectroscopically resolving the Algol triple system, опубликованной в 2015 году.

Характеристики системы Алголь

Созвездие: Персей
Видимая звездная величина: 2,12v
Спектральный класс: B8V+K0IV
Параллакс (“): 0,03627 ± 0,00140
Расстояние: 27,6 пк
Координаты α (2000): 03h 08min 10,1s
Координаты δ (2000): -+40° 57′ 20″
Собственное движение α: 0,003″/год
Собственное движение δ: -0,002″/год

Звезда Алголь A

Спектральный класс: B8V
Эффективная температура: 12550 К
Звездная величина: 2,13
Масса (в массах Солнца): 3,17
Радиус (в радиусах Солнца): 2,87
Светимость (в светимостях Солнца): 182
Металличность, [Fe/H]: -0,03

Звезда Алголь B

Спектральный класс: K0IV
Эффективная температура: 4990 К
Звездная величина: 5,10
Масса (в массах Солнца): 0,77
Радиус (в радиусах Солнца): 3,43
Светимость (в светимостях Солнца): 6
Металличность, [Fe/H]: ?

Звезда Алголь C

Спектральный класс: A7m
Эффективная температура: 7550 К
Звездная величина: 4,50
Масса (в массах Солнца): 1,58
Радиус (в радиусах Солнца): 1,70
Светимость (в светимостях Солнца): 10
Металличность, [Fe/H]: 0,04