Темной безлунной ночью, вдали от городских огней, на небосклоне видно несколько тысяч звезд. Большая их часть разбросана по небу совершенно беспорядочно, но кое-где мы встречаем странные звездные «кучи» вроде Плеяд и Гиад, а также совершенно удивительные небесные рисунки, такие, как Большой Ковш. Случайны ли они? А когда мы смотрим на две близко расположенные друг к другу звезды, значит ли это, что они близки на самом деле, или только случайно оказались на одном луче зрения, а на самом деле находятся на разных расстояниях от Земли?

Хотя такие вопросы занимали любознательных людей с незапамятных времен, аргументированные ответы на них появились только в последние 100-200 лет.

Долгое время предметом споров была и природа самой известной двойной звезды на небе, Мицара и Алькора. Вы наверняка видели эту пару, ведь она находится в созвездии Большой Медведицы. Мицар — вторая звезда в ручке Большого Ковша, располагаясь на ее изгибе. Алькор — тусклый напарник Мицара, который, если рассматривать его невооруженным глазом, находится очень близко к этой звезде, на угловом расстоянии чуть меньше половины видимого размера Луны.

Как отыскать Алькор

Мицар и Алькор (обведены кружком) — пара звезд на изгибе ручки Большого Ковша. Фото: Rogelio Bernal Andreo/APOD

Спор заключался в следующем: какая это пара — оптическая или физическая? Если Мицар и Алькор находятся относительно недалеко друг от друга, то они неизбежно связаны друг с другом силами взаимного притяжения, как Солнце связано с планетами Солнечной системы. Такие двойные звезды называют физическими. Если же они находятся друг от друга на огромном расстоянии и просто случайно оказались на одном участке неба, то эту пару мы должны называть оптической.

Хотя этот вопрос может показаться не стоящим особого внимания и даже странным человеку, не особо интересующемуся астрономией, он проходит через всю историю науки о небе, всплывая всякий раз как бы из ниоткуда и в совершенно разных контекстах!

Мицар и Алькор в древности

Нет сомнения, что Мицар и Алькор были известны с глубокой древности. Вероятно, это первая двойная звезда, которую отметили и выделили на небе наши далекие предки.

В то время вопрос о природе звезд мало кем поднимался всерьез. Общепринятой считалась точка зрения, что Земля — центр Вселенной, вокруг которой вращаются различные небесные тела, такие как Луна, Солнце, планеты и, конечно, звезды. Важное отличие звезд от других небесных тел заключалось в том, что они не меняли взаимного положения на небе — рисунки созвездий сохранялись неизменными на протяжении веков. Их так и называли: «неподвижные звезды». Считалось, что звезды прикреплены к небесной сфере и представляют собой прорехи в небесном своде, сквозь которые сиял божественный свет.

Знания о небе в ту пору были сугубо практического характера: Луна и Солнце служили для отсчета времени и календаря, а звезды отлично помогали ориентироваться в пространстве и не сбиваться с пути ни морякам, ни торговцам, ни бедуинам в пустыне.

Мицар и Алькор у разных народов служили для проверки остроты и чувствительности зрения. Существует легенда, что в армии Персии это был один из тестов при отборе элитных воинов, а кочевники Ближнего Востока проверяли по этим звездам зрение юношей. Арабская пословица «видит Алькор, но не замечает Луны» обращалась к человеку, который «замечает лишь пустяки, но не понимает серьезных вещей».

Несмотря на то что «Арабский тест для глаз» хорошо известен на протяжении столетий, в наше время некоторые астрономы ставят под сомнение, что именно пара Мицар — Алькор бралась в качестве теста, так как, по их мнению, не нужно обладать очень острым зрением для того, чтобы различить эти две звезды в чистом небе пустыни. Сэр Патрик Мур даже полагал, что вместо Алькора бралась другая, более тусклая, звезда рядом с Мицаром. Но врачи-офтальмологи считают Алькор достаточно тусклым, чтобы соответствовать наиболее мелким буквам в хорошо нам известном тесте Снеллена.

Кажется, что и названия этих звезд уходят в глубину веков. В популярных книжках по астрономии Мицар и Алькор часто переводят, как Конь и Всадник. Однако это название появилось только у Иоганна Байера в его знаменитом небесном атласе Уранометрия (1603 г.) и не как перевод, а как латинские имена этих звезд.

Что же означают Мицар и Алькор? Тысячу лет назад Мицар арабы называли Мирак (или Мерак), в точности так же, как и звезды эпсилон и бета Большой Медведицы. В древности часто путали, какие же именно звезды следует называть этим именем, и арабы придумали альтернативное имя для Мицара: Анак аль Банат (Девичьи шеи). Имя «Мицар» звезда получила примерно 400 лет назад, когда ее так стал вдруг именовать Скалигер. В переводе с арабского Мицар означает Пояс или Кушак. Хотя это странное название было введено безо всяких оснований, оно прижилось.

Компаньон Мицара, Алькор, получил свое имя, вероятно, от того же слова, что и самая яркая звезда в Большой Медведице, Алиот. Некоторые исследователи полагают, что это искаженное слово «аль-джайн» (указатель). Арабы гораздо чаще именовали эту звезду словом Суха, что переводится как Незначительная, Слабая.

Мицар и Алькор в телескоп

Если у вас есть телескоп, обязательно посмотрите через него на Мицар и Алькор: вместе с соседними звездами они образуют один самых красивых объектов на небе! Для наблюдения сгодится и небольшой инструмент; смотреть нужно при минимальном увеличении.

Цвет звезд — алмазно-белый, или, как говорил Аллен, известный исследователь небесных имен, «светло-изумрудный». Угловое расстояние расстояние между Мицаром и Алькором составляет 708,55″ или 11,8′. В одном поле зрения с Мицаром и Алькором вы найдете еще несколько звезд, которые дополняют картину, как бы оттеняя собой яркую пару. Особенно примечательна звездочка 7-й звездной величины, расположившаяся между ними: это «звезда Людвига», названная так одним немецким астрономом XVIII века. Она не входит в систему Мицара и Алькора, являясь ярким примером как раз оптического спутника!

А теперь присмотритесь внимательней! Яркая звезда Мицар в телескоп распадается на две очень близко расположенные друг к другу звезды! Оказывается, кроме Алькора, у Мицара есть еще один спутник, и двойная звезда на самом деле является тройной!

Мицар и Алькор

Любительская зарисовка пары Мицар — Алькор, сделанная через 16-дюймовый телескоп с увеличением 260×. Мицар (справа) состоит из двух близко расположенных белых звезд. Алькор находится на изображении слева. Между звездами располагается желтая звездочка — Sidus Ludoviciana или звезда Людвига, названная так профессором Иоганном Либкнехтом в честь своего господина, Людвига V, ландграфа Гессен-Дармштадтского. Хотя на этом рисунке звезда Людвига желтая, она относится к спектральному классу А и, следовательно, должна быть голубовато-белой. Вместе с более слабыми звездочками она является оптическим спутником Мицара и Алькора. Источник: Iain P./CloudyNights.com

Расстояние между звездами Мицар A и Мицар B составляет 14,4″; главная звезда имеет блеск 2,27m, ее спутник — такая же белая звезда — 3,95m. Блеск спутника практически равен блеску Алькора (4,01m).

Часто ошибочно пишут, что впервые спутник Мицара увидел Риччоли в 1650 году, но на самом деле двойственность звезды открыл друг и ученик Галилея, математик Бенедетто Кастелли, 7 января 1617 года, о чем он упомянул в одном из писем великому ученому. А 15 января 1617 года Мицар А и Мицар B уже наблюдал и сам Галилей.

И здесь Мицар и Алькор впервые выступают на сцену науки как важная двойная звезда.

Мицар и Алькор против Галилея

Как известно, Галилео Галилей считается первым человеком, взглянувшим на небо в телескоп. Было это в 1609 году, когда в научном мире шла яростная борьба между системами строения Вселенной. Система мира Птолемея, которая опиралась на двухтысячелетнее учение великого Аристотеля, утверждала, что в центре Вселенной находится Земля, а вокруг нее вращаются все остальные небесные тела, включая Солнце, Луну, планеты и звезды. Для того времени эта теория была очень логична, ведь небесные светила действительно вращаются вокруг нас, делая оборот за сутки! (С Солнцем, Луной и планетами дело обстоит сложнее, ведь они также перемещаются и на фоне звезд, но теория Птолемея справлялась и с этим.)

В сравнении с птолемеевской картиной мира, система Коперника была революционна: она помещала в центр Солнце, а не Землю, низводя последнюю всего лишь до рядовой планеты. Сегодня это кажется очевидным, но 400 лет назад Земля планетой не считалась!

Галилей был пламенным сторонником системы Коперника, а наблюдения в телескоп только помогли ему утвердиться в этом. Первые же открытия, сделанные Галилеем при помощи своего очень небольшого инструмента, были ошеломительны. Оказалось, что Млечный Путь представляет собой огромное скопище очень слабых звезд, планеты имеют диски, как Солнце и Луна, а Венера и Меркурий демонстрируют фазы освещенности, подобные лунным. Юпитер же был окружен спутниками, как бы демонстрируя Солнечную систему по Копернику в миниатюре… В ту пору все это казалось настолько невероятным, что многие ученые и просвещенные люди буквально отказывались в это верить. Известен случай, когда Галилей устроил публичные наблюдения спутников Юпитера, во время которого люди, глядя в телескоп, говорили, что не видят никаких спутников!

Тем не менее, казалось, что телескоп сейчас же произведет революцию, сломает старый взгляд на мир и утвердит взгляды Коперника, Галилея, Джордано Бруно…

Не тут-то было! Многие современники Галилея не желали принимать теорию Коперника, так как она была, по их мнению, хуже согласована с наблюдаемыми фактами, чем теория Птолемея! Даже открытия, сделанные с помощью телескопа и указывавшие на правоту польского ученого, не были достаточным аргументом. Противники Коперника продолжали защищать мир по Птолемею (с различными вариациями) — и, что удивительно, эти ученые использовали для защиты своих взглядов… тоже телескоп!

Сегодня в популярной литературе принято не упоминать, что в ту пору телескоп работал на обе стороны конфликта. Вот лишь два момента в этой войне мировоззрений, в которых поучаствовала наша пара, Мицар и Алькор.

Как далеко находятся от нас звезды?

Галилей полагал, что звезды — это далекие солнца, а значит, размеры Вселенной невероятно велики. Но можно ли узнать расстояния до звезд?

Люди научились определять расстояние до далеких объектов методом триангуляции. Суть его проста. Посмотрите на этот текст сначала левым глазом, а затем правым. Текст сместился, не правда ли? Происходит это из-за того, что мы смотрим на него из разных точек в пространстве. Зная расстояние между глазами (это расстояние называется базой) и угол, на который смещается текст, мы можем измерить расстояние до него, не прибегая к линейке.

Точно так же можно узнать расстояние до любого объекта, даже очень удаленного, — нужна лишь достаточно широкая база, чтобы стал заметен угол, на который смещается объект при наблюдении его из крайних точек.

Возможно ли измерить таким образом расстояние до звезд? Если прав Птолемей и Земля покоится, то нет. Вернее, в качестве базы можно попытаться использовать разные географические точки на поверхности нашей планеты, но проведенные таким образом наблюдения показали, что звезды слишком далеко, чтобы этой базы хватило для измерения углов их смещений.

Но если прав Коперник, появлялась отличная база для измерения звезд — орбита Земли вокруг Солнца! За полгода Земля совершает половину оборота вокруг Солнца и оказывается в противоположной точке своей орбиты. Если произвести измерение положения звезды с интервалом в шесть месяцев, то, по Копернику, можно заметить ее маленькое смещение на небе (астрономы называют такое смещение параллаксом), а это в конечном счете даст возможность измерить расстояние до звезды!

Коперник знал об этом следствии своей теории и пытался использовать параллаксы звезд как одно из главных доказательств своей правоты. Однако параллаксы оказались слишком малы, чтобы их можно было обнаружить невооруженным взглядом. Ни самому Копернику, ни великому Тихо Браге сделать это не удалось.

Может быть, поможет телескоп?

Галилей рассуждал так. Если звезды это очень далекие солнца и их яркость примерно одинакова, то логично предположить, что чем тусклее звезда, тем дальше от нас она находится. Если взять две звезды, одна из которых яркая, а другая тусклая, то можно предположить, что параллакс яркой звезды будет больше, чем у тусклой. Значит, нужно взять пару близко расположенных друг к другу звезд разного блеска и измерить расстояние между ними с интервалом в полгода. Это делать легче, чем измерять смещения каждых звезд по отдельности. (Эти идеи Галилей позаимствовал у Людовико Рампони.)

Наиболее естественной парой таких звезд выступили Мицар и Алькор. Уже упомянутый нами Бенедетто Кастелли предложил использовать третью звезду, располагающуюся между Мицаром и Алькором, ту самую звезду Людовика. Все три звезды имели разный блеск: Мицар был ярче всех, а звезда Людовика тусклее и Мицара и Алькора. Значит все три звезды показали бы разные параллаксы. Кроме того, измерить углы смещения казалось не очень сложным занятием из-за того, что звезда Людовика образовывала с Мицаром и Алькором почти равнобедренный треугольник, изменения сторон в котором сразу бы бросились в глаза.

Галилей заинтересовался этой идеей; сохранился его рисунок специальной бленды для телескопа с вырезом для этих трех звезд. Такая бленда помогла бы измерить угол точнее.

Мицар, Алькор и звезда Людовика

Рисунок Кастелли (слева) с изображением Мицара (А), Алькора (B) и звезды Людовика (C). Справа — зарисовка Галилея с изображением треугольной бленды для наблюдений параллакса Мицара. Источник: Siebert, JHA 2005

Именно тогда Кастелли и сделал свое открытие: он обнаружил, что Мицар сам состоит из двух звезд, причем вторая по яркости была сравнима с Алькором. Расположены они были гораздо ближе друг к другу, чем Алькор к Мицару. Лучшей пары для измерения параллакса нельзя было и придумать!

Кастелли, Галилей и еще некоторые ученые того времени не раз пытались обнаружить смещение Мицара А относительно Мицара B. И всякий раз безуспешно. Галилей с досадой посчитал, что звезды находятся гораздо дальше от Земли, чем ему думалось изначально. А его противники торжествовали — раз никаких параллаксов не наблюдается, значит, теория Коперника неверна!

Сегодня мы знаем, что параллаксы звезд чрезвычайно малы и находятся далеко за пределами точности наблюдений той поры. Кроме того, и Галилей, и другие астрономы исходили из посылки, что двойственность Мицара — оптическая. А это не так: Мицар А и Мицар B — физическая пара; они находятся близко друг к другу, а значит, показывают одинаковые параллаксы.

И здесь мы возвращаемся к вопросу о двойных звездах. Оказывается, 400 лет назад мало кто мог всерьез подумать, что две близко расположенные звезды на небе могут быть физически связаны друг с другом. Как видим, по умолчанию считалось, что все двойные звезды на небе (их было известно несколько штук) — оптические. Только после открытия множества телескопических двойных, после формулирования Ньютоном знаменитых законов механики, точка зрения стала меняться.

Размеры звезд

Второй момент, который интересовал астрономов той поры, — размеры звезд. Если невооруженным глазом или при помощи телескопа удастся измерить диски звезд и сравнить их с видимым диском Солнца, то можно узнать, насколько звезды находятся дальше от Земли, чем Солнце.

И действительно, астрономы успешно «видели» диски звезд и даже измеряли их. Размер Сириуса, как самой яркой звезды на небе, был наибольшим, и составлял, согласно Тихо Браге, 0,61 диаметра Земли. Алькор брался за эталон слабой звезды; диаметр Алькора по Браге всего лишь 0,15 диаметра нашей планеты.

Позже тем же занялся Риччоли, но уже при помощи телескопа. В телескоп «диски» звезд, в отличие от планет, не увеличились, но все же были заметны. На примере Алькора Риччоли показал, что если принять расстояния до звезд, исходя из теории Коперника, то их размеры становились абсурдно большими — с земную орбиту и даже больше! Тогда это казалось абсолютно невозможным. Риччоли с успехом использовал этот аргумент для атаки на Коперника и его последователей.

кружок Эйри

То, что астрономы прошлого принимали за диск звезды, на самом деле было кружком Эйри — дифракционным диском, обозначающим предел разрешения телескопа. Источник: photographylife.com

Конечно, никаких «дисков» у звезд в телескоп увидеть нельзя. То, что наблюдали астрономы, было рассеянием яркого света от звезды на сетчатке глаза: убирая лишний свет при помощи бленды, звезду можно было увидеть практически точкой. Однако, применяя огромные увеличения, астрономы все-таки видели диски, окруженные кольцами. Это так называемые диски Эйри, которые образуются в результате дифракции света и не имеют никакого отношения к реальным дискам звезд.

Мицар — первая во всем

Постепенно астрономы осознали огромные масштабы Вселенной. Уильям Гершель, знаменитый астроном XVIII века, первооткрыватель Урана и первый исследователь туманностей, изучал двойные звезды на протяжении нескольких десятков лет. Он обнаружил и описал сотни двойных звезд, а у части из них обнаружил орбитальное движение! К началу XIX века не оставалось сомнений, что по крайней мере часть двойных и кратных звезд физически связаны.

Были обнаружены параллаксы звезд; астрономы получили возможность определить расстояние до ближайших из них. Оказалось, что даже самые близкие звезды находятся гораздо дальше, чем представляли себе в самых смелых фантазиях астрономы времен Галилея.

шестикратная звезда Мицар и Алькор

Мицар и Алькор находятся на расстоянии около 80 световых лет от Земли. Фото: DSS2

А что же Мицар и Алькор? Оказалось, что они летят в пространстве примерно в одном направлении, как, впрочем и еще 4 яркие звезды ковша Большой Медведицы. Очевидно, Большой Ковш представлял собой ядро близкого к нам рассеянного звездного скопления, члены которого были рассеяны по всему небу.

Но вот является ли пара физической двойной или просто членами одного скопления, было не ясно. Астрономы определили расстояние до Мицара и Алькора: оно оказалось равным примерно 80 световым годам. Зная, что на небе звезды разделяет почти 12 угловых минут, астрономы высчитали, что на самом деле расстояние между звездами составляет десятки тысяч астрономических единиц! (1 а. е. равна среднему расстоянию от Земли до Солнца, т. е. примерно 150 миллионов километров.)

На таком огромном расстоянии звезды могут быть гравитационно связаны только при условии достаточно большой массы. Еще лет 100 назад астрономы полагали, что суммарной массы звезд в этой системе не достаточно, чтобы удержать их на орбите. Однако с течением времени стали выявляться интересные подробности.

Выше мы упоминали о том, что Мицар и Алькор были по всей видимости первой двойной звездой, выделенной на небе. А Мицар — первой двойной звездой, обнаруженной в телескоп. Но на этом список «первенств» Мицара не исчерпывается!

В 1857 году Мицар стала первой сфотографированной двойной звездой. Дагерротип был получен на Гарвардской обсерватории Бондом младшим. (За 7 лет до этого Бонд старший на этой же обсерватории сфотографировал Вегу, первую звезду ночного неба!)

В 1890 году Мицар стал первой обнаруженной спектрально-двойной звездой. Изучая смещение линий поглощения в спектре Мицара А, астроном Пикеринг пришел к выводу, что она сама по себе состоит из двух звезд, которые обращаются вокруг общего центра масс с периодом всего в 104 дня! (Позже этот период был существенно уточнен и оказался равен 20 суткам.) Так Мицар стал тройной звездой, а система Мицар — Алькор, если эти две звезды были физически связаны, — четырехкратной звездной системой!

Звезды, входящие в систему Мицара А расположены настолько тесно, что ни в один телескоп их нельзя увидеть по отдельности. Зато оказалось возможным разделить их с помощью интерферометрии. В 1925 году Мицар А стал одной из первых двойных звезд, расстояние между компонентами которой было измерено интерферометрически.

Но еще раньше, в 1908 году, обнаружилось, что и Мицар B также является двойной звездой! Открытие было сделано аналогично — по движению линий в спектре звезды. Эта пара делает полный оборот за 175 земных суток.

Что же в итоге? Мицар предстает перед нами уже как система из четырех звезд! Две пары можно рассмотреть по отдельности — Мицар А и Мицар B видны, как мы уже видели, даже в самый простой телескоп, а вот разделить сами пары на отдельные компоненты возможно только с применением астрофизических техник.

И снова встал вопрос: если в системе Мицар — Алькор не две звезды, а целых пять, то, возможно, суммарная масса компонентов достаточна, чтобы обеспечить гравитационную связь Мицара с Алькором?

Мицар и Алькор — шестикратная система

Точка в данном споре, кажется, была поставлена в 2010 году, когда команда астрономов под руководством Эрика Мамажека (Eric Mamajec) открыла… спутник у звезды Алькор! Алькор B оказался типичным красным карликом, который расположен всего в 1 угловой секунде от главной звезды. Он настолько тусклый, что тонет в лучах Алькора. Для его обнаружения пришлось воспользоваться инфракрасной камерой 6,5-метрового телескопа MMT в Аризоне, оснащенного адаптивной оптикой.

звезда Алькор и ее спутник

Звезда Алькор и его компаньон (обведен кружком). Снимок сделан в инфракрасном диапазоне. Сияние яркого Алькора нивелировано защитной блендой. Источник: Neil Zimmerman et al., 2010

Удивительное открытие позволило увеличить массу Алькора на 0,3 массы Солнца (столько примерно «весит» Алькор B), а это довело суммарную массу системы Мицар — Алькор до 9 солнечных масс! Аккуратные измерения скоростей и направлений движения двух светил показали, что Алькор и Мицар скорее всего гравитационно связаны между собой, а значит, мы имеем дело с шестикратной звездной системой!

Такие звездные системы очень редки. Считается, что в радиусе 130 световых лет от Солнца таких звезд всего две — Кастор в созвездии Близнецов и Мицар с Алькором. Вот какая удивительная звезда находится в ручке Большого Ковша!

Мицар и Алькор в цифрах


Созвездие: Большая Медведица
Видимая звездная величина: 2,23 + 4,01
Спектральный класс: А1Vp + A5V
Параллакс (“): 0,03801 для Мицара и 0,03991 для Алькора
Расстояние: 25 пк
Координаты α (2000): 13h 23min 55.5s
Координаты δ (2000): +54° 55′ 31″
Собственное движение α: 0,120″/год
Собственное движение δ: -0,016″/год
Возраст: 500 миллионов лет

Ниже светимость, масса и радиус звезды выражены в солнечных. Данные для системы Мицара взяты из Каталога кратных звездных систем А. А. Токовинина, информация об Алькоре и его спутнике из статьи Мамажека 2010 года.

Система Мицар — Алькор

Звездазв. вел. VСветимостьСпектрЭффект.
темп. (К)
Масса
(солн.)
ПериодПримечание
Мицар Аa2,2773A1Vp90002,5
Мицар Ab4,0015A1Vp90002,520,5377 сут.
Мицар Ba3,9515 A7m75001,94~5000 лет вокруг Мицара А14,4" от пары Мицар Аa + Ab
Мицар Bb??M0,25175,55 сут.
Алькор A4,0113A5V80301,8миллионы лет вокруг Мицара708,55" от Мицара, 74±39 тыс. а. е.
Алькор B~120,03M3V33000,31,11" от Алькора А