Наиболее испытанным и верным способом нахождения сторон горизонта является ориентирование по Солнцу, Луне и звездам.
Широко известен способ определения направления север — юг по Солнцу и часам. Для этого часы ставят по местному времени и, вращая в горизонтальной плоскости, направляют часовую стрелку на Солнце (минутная и секундная стрелки во внимание не принимаются). Угол между часовой стрелкой и направлением на цифру 12 циферблата делят пополам. Тогда биссектриса этого угла (равноделящая линия) приблизительно укажет направление север — юг, или полуденную линию, причем юг до 12 часов будет вправо от Солнца, а после 12 часов —влево (рис. 56 и 57).
Описанный способ дает сравнительно правильные результаты в северных и отчасти в умеренных широтах, особенно зимой, менее точные — весной и осенью; летом же ошибка возможна до 25°. В южных широтах, где Солнце стоит летом высоко, прибегать к этому способу нельзя.
Запомните, что в средних широтах Солнце восходит летом на северо-востоке и заходит на северо-западе; зимой оно восходит на юго-востоке, а заходит на юго-западе и лишь дважды в год восходит точно на востоке и заходит на западе (в периоды равноденствий — около 21 марта и 23 сентября).
Ночью лучше всего ориентироваться по Полярной звезде, которая почти точно находится на продолжении земной оси и потому всегда показывает направление на север, не участвуя в видимом движении звезд по небосводу. Ошибка здесь очень мала (не более 1-2°).
Однако может быть так, что из-за облачности не видно ни Большой, ни Малой Медведицы, ни Полярной звезды, но видно Луну. В этом случае также можно определить стороны горизонта, хотя Луна для этой цели менее удобна, чем Полярная звезда. Здесь, как и при ориентировании по Солнцу, применяются часы.
Необходимо помнить, что полная Луна противостоит Солнцу, т.е. находится против него. Поэтому точку юга, где Солнце находилось в полдень. Луна должна занять в полночь. В 7 часов Луна бывает на западе, а в 19 часов — на востоке. Имеющаяся по сравнению с Солнцем разница в 12 часов на циферблате не видна — часовая стрелка в 24 и в 12 часов будет находиться на одном и том же месте. Следовательно, приближенное определение сторон горизонта по полной Луне и часам практически производится так же, как по Солнцу и часам.
По неполной Луне и часам стороны горизонта находятся несколько иначе. Приводим здесь заимствованное из брошюры М.Ф. Белякова описание приемов ориентирования по неполной Луне и часам.
Надо заметить на часах время наблюдения, разделить на глаз диаметр Луны на 12 равных частей (для удобства разделив сначала пополам, затем нужную половину еще на две части и т.д.) и оценить, сколько таких частей содержится в поперечнике видимого серпа Луны (рис. 49).
Если Луна прибывает (видна правая половина лунного диска), то полученное число надо вычесть из часа наблюдения, если убывает (видна левая часть диска), то прибавить. Чтобы не забыть, в каком случае брать сумму и в каком разность, полезно запомнить следующее правило; брать сумму тогда, когда видимый серп Луны С-образный; при обратном, Р-образном положении лунного серпа надо брать разность.
Сумма или разность покажет тот час, когда в направлении Луны будет находиться Солнце. Отсюда, направляя на серп Луны место на циферблате (но не часовую стрелку), которое соответствует вновь полученному часу, и принимая Луну за Солнце, легко найти линию север — юг.
Пример. Время наблюдения 5 часов 30 минут. В поперечнике видимого серпа Луны содержится 10/i2 частей ее диаметра. Луна убывает, так как видна ее левая С-образная сторона. Суммируя время наблюдения и количество частей видимого серпа Луны (5 часов 30 минут + 10), получаем время, когда в направлении наблюдаемой нами Луны будет находиться Солнце (15 часов 30 минут). Устанавливаем деление циферблата, соответствующее 3 часам 30 минутам, на Луну. Равноделящая линия, которая проходит между этим делением и цифрой 12 через центр часов, дает направление линии север — юг.
Надо отметить, что точность в определении сторон горизонта по Луне и часам сравнительно невелика. Тем не менее для ориентирования эта точность вполне приемлема, если нет возможности воспользоваться Полярной звездой.
Попав в незнакомую местность и испытывая необходимость в ориентировании, надо в первую очередь использовать небесные светила, дающие наиболее надежные способы определения сторон горизонта. Полезно запомнить еще несколько простых правил.
В северных широтах в летние ночи от близости зашедшего Солнца к горизонту северная сторона неба самая светлая, южная — наиболее темная. Этим иногда пользуются летчики при ночных полетах.
Самое высокое положение Солнца определяется по длине самой короткой тени, что соответствует полудню, а ее направление указывает север (рис. 58).
Полная Луна занимает наиболее высокое положение над горизонтом, когда находится на юге. В это время она дает достаточно света, чтобы ясно различить тени от предметов. Самая короткая тень при полной Луне соответствует полуночи; направление ее покажет, где находится север, по которому нетрудно определить и остальные стороны горизонта.
В полдень Солнце находится на юге, а тень от предмета направлена на север. Это соответствует действительности только между Северным полюсом и северным тропиком. Правило не применимо в следующих случаях: когда Солнце находится в зените (тень в основании предмета); на экваторе, где полуденная тень полгода направлена на север (когда Солнце в южном полушарии) и полгода на юг (с 21 марта по 23 сентября); в широтах между экватором и тропиками, где тень также меняет направление.
В северном полушарии, за северным тропиком, тень направлена на север; в южном полушарии, за южным тропиком, полуденная тень всегда направлена на юг (в полдень Солнце там находится на севере).
Зная, в каком часу мы наблюдаем определенные фазы Луны, можно при ориентации пользоваться следующим:
Звезды, близкие к Северному полюсу мира, в наших географических широтах видны над горизонтом в любое время года. Они занимают вполне определенное место на небосводе.
Наблюдая одни и те же группы ярких звезд, можно подметить определенные их очертания. Составленные из звезд фигуры еще в древности были выделены в «созвездия».
Известные нам созвездия в определенных условиях помогают ориентироваться в пространстве. Если мы хотим найти на небе звезду, то сначала надо узнать, к какому созвездию она принадлежит. Только самым ярким и наиболее известным звездам в свое время были даны индивидуальные названия, как, например, Полярная, Сириус, Арктур, Капелла, Вега и т. д., тогда как остальные обозначаются лишь номером с указанием того созвездия, к которому они относятся.
Древние наблюдатели обозначали звезды каждого созвездия буквами греческого алфавита, при этом главная звезда в созвездии, которая в большинстве случаев является также и самой яркой звездой, обозначалась как альфа этого созвездия; вторая по яркости — бета и т. д.
Самые слабые звезды совсем не имеют таких «адресов», и, для того чтобы о них вести речь, необходимо назвать их координаты на небе или их номера в звездном каталоге.
Наибольшее количество звезд видно в самые ясные зимние ночи. Звезды по их яркости разделяют на классы; простым глазом они видны до 6-й звездной величины.
Количество видимых звезд и их звездные величины:
Кроме того, большой интерес представляют переменные звезды, блеск которых со временем меняется. Период изменения блеска различен — от нескольких десятков минут до многих лет. Переменные звезды изучаются путем визуальных, фотографических и самых точных, фотоэлектрических, наблюдений.
Изучение переменных звезд проливает свет на сущность многих явлений, протекающих в звездных системах. Открывается возможность исследовать структуру галактики, по характеру изменения блеска звезд определять расстояния до звездных систем, в которых они находятся. Поэтому некоторые из переменных звезд, так называемые цефеиды, играют роль ориентиров, маяков вселенной.
Сначала в созвездия были соединены и названы звезды, расположенные по зодиакальному кругу — большому кругу небесной сферы, по которому совершается видимое движение Солнца в течение года и который называется эклиптикой. При своем годичном движении по эклиптике Солнце пребывает в каждом созвездии в продолжение одного месяца, и поэтому пояс Зодиака представляет собой своеобразный наглядный календарь. Эти 12 созвездий (знаки Зодиака) следующие: Рыбы, Овен, Телец, Близнецы, Рак, Лев, Дева, Весы, Скорпион, Стрелец, Козерог и Водолей.
Греческая мифология населила звездное небо героями и богами, причем на внешнюю форму созвездий не обращалось внимания. Даже при самой смелой фантазии невозможно узнать в звездных группах ни Персея, ни Андромеды, ни Геркулеса.
Лучшее астрономическое сочинение древних — Альмагест (II век) содержит 48 созвездий, среди них находятся почти все самые известные созвездия неба северного полушария. Звездные карты южного неба появились лишь в XVII столетии.
В настоящее время мы различаем следующие созвездия:
I — северные: Андромеда, Овен, Возничий, Волопас, Жираф, Рак, Гончие Псы, Малый Пес, Цефей, Волосы Вероники, Северная Корона, Лебедь, Дельфин, Дракон, Близнецы, Геркулес, Кассиопея, Малый Лев, Рысь, Лира, Пегас, Персей, Рыбы, Змея, Телец, Большая Медведица, Малая Медведица, Лисичка;
II — лежащие в небесном экваторе, частью принадлежащие северному, а частью южному полушарию: Орел, Кит, Гидра, Единорог, Змееносец, Орион, Секстант, Дева;
III — южного полушария, видимые в Средней Европе: Водолей, Корабль Арго, Большой Пес, Козерог, Голубь, Ворон, Кубок, Эридан, Заяц, Весы, Южная Рыба, Стрелец, Скорпион, Скульптор, Щит.
Как же разбираться в таком большом количестве созвездий? Для этого необходимо иметь звездную карту, содержащую лишь звезды, видимые простым глазом. На этой карте звезды, принадлежащие одному созвездию, должны быть соединены между собой прямыми линиями таким образом, чтобы образовалась какая-либо запоминающаяся простая фигура. Такая карта, на которой звезды соединены прямыми линиями и переименованы, облегчает запоминание созвездий и ориентирование в них.
Например, продолжив ручку ковша Большой Медведицы по направлению кривой, мы встретим очень яркую звезду а (Арктур) созвездия Волопас (рис. 59).
Соединив прямой линией звезды 6 и у Большой Медведицы и продолжив эту линию в сторону звезды у, мы найдем созвездие Лев.
Если же соединить прямой линией о и р Большой Медведицы и продолжить эту линию в сторону звезды р, то мы найдем созвездие Близнецы, состоящее из семи звезд и имеющее фигуру, показанную на рис. 60.
Соединив прямыми линиями звезды р и а Большой Медведицы с Полярной звездой и продолжив их за Полярную звезду, мы найдем созвездие Пегас, имеющее вид большого квадрата; две линии, проведенные нами, встретятся со сторонами этого квадрата.
К созвездию Пегас прилегает созвездие Андромеда, состоящее из трех звезд, расположенных почти по прямой линии вверху квадрата.
Проведя далее прямую линию от звезды rj Большой Медведицы через Полярную звезду и крайнюю звезду у созвездия Андромеда, найдем яркую звезду а созвездия Овен (рис. 61).
С левой стороны около созвездия Волопас лежит созвездие Северная Корона, состоящее из нескольких мелких звезд и имеющее вид подковы. Это созвездие легко найти, соединив звезды Р и б Большой Медведицы примой и проведя ее в сторону звезды о. Прямая пересечет звезду Р созвездия Волопас и укажет на созвездие Северная Корона.
Соединив прямой линией звезду а (Арктур) созвездия Волопас со звездой а созвездия Северная Корона и продолжив эту прямую за Северную Корону так, чтобы она примерно в 3 раза была больше расстояния между Арктуром и Северной Короной, мы найдем яркую звезду а (Альтаир) созвездия Орел (рис. 62).
Если соединить звезду Арктур со звездой б Большой Медведицы и продолжить прямую по направлению звезды, то эта прямая пересечет созвездие Возничий и укажет на созвездие Телец с очень яркой звездой а (рис. 63).
Вид звездного неба изменяется каждый месяц вследствие движения Земли вокруг Солнца (нам кажется, что Солнце в течение года один раз обходит небо); следовательно, каждый месяц мы наблюдаем различные созвездия.
Если посмотреть в полночь на юг, то перед нами будут те созвездия, где Солнце находилось ровно полгода тому назад и которые как раз противоположны Солнцу. Ясно, что в полночь на юге каждый месяц видны различные созвездия и что летом нам видны другие созвездия, чем зимой.
Прежде всего надо запомнить созвездия, лежащие вблизи Северного полюса неба, они видны весь год, не исчезают совсем под горизонт и называются околополярными. Для этого надо уметь находить Полярную звезду, которая находится на Северном полюсе мира и кажется нам неподвижной. Следовательно, Полярная звезда находится на севере, причем ее высота над горизонтом соответствует географической широте места.
Все звезды описывают круги около мировой оси, идущей от Северного к Южному полюсу мира. Эта ось имеет тем больший наклон к плоскости горизонта, чем дальше отстоит данное место от земного полюса. Поэтому огромное число звезд так же, как Солнце и Луна, заходит под горизонт, и, чем ближе находимся мы к земному экватору, тем больше звезд на западе и тем меньше остается околополярных звезд. На экваторе вообще нет околополярных звезд, а на полюсах, наоборот, все видимые звезды околополярные.
Вследствие суточного вращения Земли звезды, поднимаясь с восточной стороны, занимают самое высокое положение над горизонтом, когда они проходят через меридиан. Пройдя меридиан, они опускаются к горизонту, но уже в западной стороне. Положение звезд в меридиане называется их кульминацией, и каждая из них в течение суток занимает его дважды. Одно из таких положений называют верхней, а другое — нижней кульминацией, при этом верхняя происходит в той половине меридиана от Полюса мира, которая проходит через точку юга, а нижняя — в той его половине, которая проходит через точку севера.
С плоскостью земного меридиана совпадает плоскость, проходящая через наш глаз, зенит и Полюс мира и пересекающая небесную сферу по окружности, называемой небесным меридианом. Небесный меридиан пересекает горизонт в точках севера и юга, и поэтому мы можем узнать направления на стороны горизонта, если сумеем провести на небесной сфере меридиан. В этом и помогают нам звезды.
Направление меридиана проще всего определить по Полярной звезде, которая стоит последней в хвосте созвездия Малая Медведица (а) и очень близка к Северному полюсу мира; поэтому направление на нее дает положение истинного меридиана с ошибкой не более 1—2°.
Для более точного определения надо наблюдать Полярную звезду около времени ее кульминации. Обычно приходится выжидать, когда она окажется в одной отвесной плоскости с соответствующей ей крайней звездой Бенетнаш в созвездии Большая Медведица. В это время Полярная звезда бывает в верхней кульминации. Обе звезды легко разыскиваются на небе, так как они достаточно ярки (второй величины) и находятся в легко запоминающихся фигурах — ковшах (рис. 42).
Полярная и Бенетнаш располагаются в одной отвесной плоскости осенью около полуночи, зимой — вскоре после наступления ночи, а летом — перед рассветом.
Если мы найдем на небе Полярную звезду и станем лицом к ней, то прямо перед нами на горизонте будет север, сзади — юг, направо — восток, налево — запад. Это простейший способ ориентирования по звездам.
Надо иметь в виду, что Полярная звезда не единственный ориентир на звездном небе. Многие другие звезды тоже могут быть путеводителями. Пользуясь всяким случаем, когда небо ясно, с помощью звездной карты (см. карту-вкладку) следует научиться находить главнейшие созвездия и отдельные яркие звезды, а в особенности обратить внимание на те звезды, которыми чаще всего пользуются для ориентировки в практике аэронавигации. Кроме Полярной (а Малой Медведицы) это — Капелла (а Возничего), Вега (а Лиры), Альдебаран (а Тельца), Процион (а Малого Пса), Регул (а Большого Льва), Арктур (а Волопаса), Альтаир (а Орла) и Альферац (а Андромеды) (рис. 59, 60, 61, 62 и 63).
