Нам важко нині уявити, що колись люди не мали годинників щоб визначати час, чи, наприклад, компасів для орієнтування на місцевості. Хоча й про компаси вже мало хто згадує, маючи можливість визначати своє місце перебування на місцевості з допомогою GPS (Global Positioning System, Система глобального позиціонування). Однак людство користується технічними засобами для вимірювання часу і орієнтації у просторі порівняно недавно: впродовж значно більшого періоду свого існування наша цивілізація використовувала для таких потреб природні явища і процеси. Мабуть найзручнішим, а тому й дуже поширеним, засобом для цієї мети було зоряне небо і небесні світила. Вони з давніх-давен слугували нашим пращурам і годинником, і компасом.
На зоряному небі будь-який спостерігач спершу помічає найяскравіші світила ― Місяць, планети, окремі, відносно яскраві, зорі. Безсумнівно, їх колись використовували для орієнтації на місцевості. Доказом цьому є термін астронавігація, що зберігся до нашого часу. Щоправда ці світила змінюють своє положення на небі, а тому їх використання для цілей навігації вимагає певних знань. Наприклад, у яку пору року і в який час доби та чи інша яскрава зоря вказує на північ. Такі знання мали здавна «професійні» мандрівники ― кочівники і мореплавці. Тут, до слова, можна пригадати, що у відносно недавні часи визначати шлях у Крим чумакам «допомагав» Молочний Шлях. Влітку, тобто у період мандрівок чумаків, його срібляста смуга пролягає з півночі на південь.
Проте на небі є значно простіший, як в сенсі його пошуку, так і в сенсі користування, дороговказ ― зоря, що, не змінюючи свого положення, завжди вказує напрям на північ. Її називають Полярною зорею. З’ясуймо деякі її особливості щодо розміщення на зоряному небі, але перед цим пригадаймо таке поняття, як небесна сфера.
Спостерігаючи зорі годі позбутися думки, що усі вони лежать на поверхні величезної сфери. Разом з небесними світилами вона обертається навколо Землі ― так вважали колись давно, аж поки не з’ясували, що це Земля, як велетенська дзиґа, обертається навколо власної осі, а нам здається, що навколо неї обертається зоряне небо, а точніше — небесна сфера. Рух світил разом з небесною сферою — це наслідок обертання Землі.
Помістимо нашу планету в центр уявної кулі дуже великого радіуса на поверхні якої містяться зорі ― отримаємо небесну сферу. Продовжимо земну вісь у космічний простір, перетворивши її на вісь світу. Вона перетне небесну сферу в двох точках — ці точки називають північним та південним полюсами світу.
Земля в центрі уявної зоряної кулі (небесної сфери) та полюси світу
Далі уважніше розгляньмо видимий добовий рух небесних світил. Якщо ми закріпимо нерухомо фотоапарат і фотографуватимемо зоряне небо впродовж кількох годин, то побачимо картину, показану на малюнку нижче. Усі зорі описують на небесній сфері дуги, наче кожна з них рухається вздовж кола. Звернімо увагу на те, що кола на світлині мають спільний центр, поблизу якого бачимо не дуже яскраву зорю. Її називають Полярною зорею, бо вона лежить на небесній сфері дуже близько до північного полюса світу. Згадаймо, що цей полюс — точка перетину осі обертання Землі з небесною сферою.
Рух зір на небесній сфері, зафіксований з допомогою нерухомого фотоапарата. Автор фото Boll Frymire
Отже, небесна сфера обертається навколо нерухомої точки — полюсу світу, відміченого в Північній півкулі яскравою зорею — Полярною (від грец. «полео», що означає «я обертаюся»). Ця зоря вказує на точку півночі, що лежить на горизонті, і таким чином допомагає орієнтуватися на місцевості. Адже визначивши напрямок на північ, легко встановити інші сторони світу.
Визначення сторін світу зі спостережень Полярної зорі
Важливо, що у певній місцевості (на певній географічній широті) висота Полярної зорі над горизонтом не змінюється протягом тисячоліть. Ба більше, значення цієї висоти дорівнює значенню географічної широти. Це означає, що вимірявши висоту Полярної зорі над горизонтом в певному пункті, ми автоматично отримуємо його географічну широту.
Знайти на небі Полярну зорю, а отже, і напрямок на північ, дуже легко. Візьмемо за орієнтир ківш сузір’я Великої Ведмедиці й проведемо через дві його крайні зорі пряму лінію. Продовжимо пряму на 5 віддалей між цими зорями в напрямі від отвору ковша і знайдемо Полярну. Виокремити її на зоряному тлі легко, бо в цій ділянці неба вона найяскравіша, а інших зір такої ж яскравості поблизу немає.
Знаходження Полярної зорі за допомогою ковша сузір’я Великої Ведмедиці
Полярна — це зоря альфа (α) сузір’я Малої Ведмедиці. Основна частина Малої Ведмедиці, як і Великої, також має вигляд ковша, але менших розмірів. На кінці його ручки і лежить Полярна зоря.
Сузір’я Мала Ведмедиця (Ursa Minor, Umi) запровадив у 600 році до нашої ери грецький астроном Фалес Мілетський. Назва сузір’я ― також від стародавніх греків. На небесну Малу Ведмедицю згідно з давньогрецькою легендою було перетворено Кіносуру, годувальницю Зевса.
У наш час Полярна лежить на відстані близько 1° від північного полюса світу. І ця відстань зменшуватиметься до 2100 р. коли буде найменшою — 27 хвилин дуги, а потім почне збільшуватись. Це спричинено явищем прецесії осі обертання Землі, внаслідок якого північний полюс світу переміщується на небесній сфері по малому колу радіусом 23°27′ з періодом у 26 000 років. Отже, північний полюс світу не завжди лежав біля зорі α сузір’я Малої Ведмедиці. Близько 3000 років тому він був поблизу зорі β Малої Ведмедиці — Кохаб (арабською мовою — «зоря Півночі»), яку китайці, до слова, називають «царською», що також вказує на її колишню значущість. Через 12 000 років «роль» Полярної візьме на себе α Ліри — зоря Вега.
Полярна належить до змінних зір типу цефеїд: її зоряна величина з періодом 3,97 доби змінюється від 2,0m до 2,3m. Окрім цього, Полярна зоря — потрійна. Головний компонент цієї системи — зоря-надгігант, що має діаметр у 120 разів більший, ніж Сонце й температуру поверхні 7000 K. Супутники значно поступаються головній зорі розмірами.Полярна зоря лежить від Землі на відстані 433 світлових років.
Зоряна мапа сузір’я Малої Ведмедиці
Наприкінці зазначимо, що в сузір’ї Малої Ведмедиці візуально, тобто без допомоги оптичних інструментів, можна розгледіти 14 зір до п’ятої зоряної величини.
