Темная сторона астрономии, или что такое «оккультация»

Астрономию при всем желании нельзя отнести к оккультным наукам, которые, к сожалению, в последнее время начали приобретать популярность в обществе вместе с иррациональными верованиями типа «теории плоской Земли». Но и у астрономов есть свои «оккультные знания», помогающие им изучать Вселенную. И приобщиться к ним, как ни странно, могут все желающие — даже начинающие наблюдатели.

Самая красивая оккультация

Астрономический термин «оккультация» происходит от латинского слова «occultus», что означает «скрытый». Этим словом принято называть комплекс явлений, во время которых одно небесное тело ненадолго скрывает от наблюдателя другое. При этом должно выполняться еще два условия: во-первых, ближнее к наблюдателю тело должно иметь больший видимый размер, чем дальнее, и закрывать его полностью. А во-вторых, оно должно иметь более низкий блеск или, по крайней мере, поверхностную яркость.

Наибольшие видимые диаметры на нашем небе имеют диски Луны и Солнца. Они постоянно меняются в зависимости от того, в какой точке орбиты находится Земля (перигелии либо афелии) и ее естественный спутник. Когда лунный диск имеет больший размер, чем солнечный, и при этом полностью закрывает последний, происходит полное солнечное затмение — одно из самых красивых астрономических явлений. Оно позволяет нам на короткое время увидеть самые близкие к поверхности нашего светила слои его атмосферы. До недавнего времени туда не мог заглянуть ни один космический аппарат, и только зонды PSP и Solar Orbiter сумели детальнее изучить эту область пространства.

Повне сонячне затемнення. Деталі диску Місяця видимі за рахунок того, що їх освітлюють промені Сонця, відбиті від Землі

К сожалению, на территории Украины полные солнечные затмения не наблюдались с 1961 года, и такая ситуация будет продолжаться до 20 апреля 2061-го. Поэтому, чтобы их увидеть, нужно ехать за границу. Но если у вас будет такая возможность — обязательно ею воспользуйтесь. Небесное шоу, сопровождающее закрытие Солнца Луной, стоит того, чтобы увидеть его хоть раз в жизни. Частные затемнения, даже с большими фазами (свыше 90%), ничем подобным поразить не могут. Собственно, даже по формальным признакам их к оккультациям отнести нельзя.

За диском Луны

Солнце на нашем небе одно, а звезд там гораздо больше, и понятно, что Луна закрывает их чаще. Правда, вблизи сияющего лунного диска невооруженным глазом мы можем увидеть только самые яркие из них. Когда наш спутник находится в фазах между последней и первой четвертью, то есть выглядит нешироким серпом, людям с нормальным зрением удается заметить оккультации звезд ярче 3-й величины. В полосе вдоль эклиптики, по которой движется Луна, таких объектов меньше двух десятков. А светил 1-й звездной величины там всего всего четыре — Альдебаран, Регул, Спика и Антарес. Закрытие лунным серпом этой четверки наши предки наблюдали задолго до изобретения телескопов. Такие наблюдения, проведенные с разных точек земной поверхности, позволили сделать первые оценки расстояния до ближайшего небесного тела.

Дальнейший прогресс в наблюдениях лунных оккультаций обеспечило даже не изобретение телескопа, позволившего видеть вблизи Луны более слабые звезды, а появление точных часов. Это углубило наши знания небесной механики, а также способствовало возникновению первого действенного способа вычисления географической долготы. Если широту узнать достаточно легко, измерив высоту над горизонтом Полярной звезды (в Южном полушарии все немного сложнее), то широту с приемлемой точностью измерить не удавалось до середины XIX века. Момент лунной оккультации можно зарегистрировать с погрешностью до десятых долей секунды, а затем, имея ее предсказание для определенных фиксированных точек земной поверхности — пересчитать полученный результат в отклонение от ближайшей из таких точек по широте. Этот метод оставался наилучшим вплоть до появления радиосигналов точного времени. Ограничивало его лишь то, что на небе не так уж много «кандидатов на покрытие» достаточно высокого блеска, да и закрытие их Луной наблюдается далеко не каждую ночь, даже при безоблачной погоде.

Но и сейчас наблюдения покрытий звезд Луной имеют определенную научную ценность. Во-первых, современные чувствительные электронные фотометры позволяют регистрировать дифракционные эффекты, возникающие при взаимодействии звездного света с краем лунного диска. Это позволяет оценить видимый диаметр затмеваемого светила, а также иногда приводит к открытию его спутников. Во-вторых, наиболее интересны наблюдения оккультаций в местностях вблизи края полосы видимости покрытия — так называемые «касательные оккультации». Во время них звезды могут исчезать и появляться несколько раз, когда их на короткое время заслоняют неровности лунной поверхности. Полученные данные используются для построения высотного профиля и затем могут быть сопоставлены с информацией, переданной высотомерами искусственных спутников Луны.

Планеты и яркие астероиды прячутся за лунным диском значительно реже, хотя бы потому, что их на небе не так уж много. Но за год обычно происходят оккультации одной или двух больших планет. К примеру, 14 сентября и 5 декабря 2022 года с территории Украины можно будет увидеть закрытие Луной Урана, а 8 декабря оккультация Марса совпадет с его противостоянием. В эпоху космических полетов научная ценность подобных явлений невелика, и привлекают они главным образом астрофотографов.

Закрытие Луной планеты Сатурн. Ее появление произошло из-за темного края лунного диска

В завершение данного раздела следует отметить, что самыми легкими для наблюдений являются покрытия объектов темным краем нашего естественного спутника, происходящие в период от новолуния до полнолуния. Затем лунный диск движется по небу своей освещенной стороной вперед, и зарегистрировать точный момент исчезновения за ним даже достаточно ярких звезд становится невозможным. Но появляются они уже из-за темного края. Чтобы это увидеть, нужно как можно точнее знать, из какой именно его точки они «вынырнут». Несмотря на кажущуюся сложность таких наблюдений, ничего невозможного в них нет и они вполне доступны даже астрономам-любителям.

Отдельно следует выделить оккультации, происходящие во время лунных затмений. В них может участвовать лишь очень ограниченное количество звезд, а покрытия «темной Луной» планет относятся к редчайшим астрономическим явлениям. 8 ноября 2022 года полностью затмившаяся Луна закроет Уран. К сожалению, увидеть это смогут только жители Северо-Восточной Азии. Следующее подобное явление ожидается в XXII веке.

Звезды прячутся за планетами

Планеты — еще одна категория небесных тел, имеющих диски, видимые, по крайней мере, в телескопы. Двигаясь по небосводу, они тоже время от времени закрывают звезды, хотя вероятность такого события значительно меньше, чем закрытие светила похожей яркости Луной. Благодаря сравнительно большому среднему угловому размеру и быстрому движению по небу чаще всего «участницей» таких событий становится Венера. К тому же она большую часть времени имеет вид неполного диска с освещенным и темным краем. Анализ изменения спектров звезд и оптических явлений во время таких оккультаций позволил астрономам задолго до полетов первых межпланетных зондов оценить свойства и состав верхних слоев венерианской атмосферы.

Такие же наблюдения проводились и для других планет. Они помогли уточнить элементы их орбит, плотность и состав атмосфер, а также поспособствовали открытию колец Урана, сделанного во время оккультации звезды SAO 158687, которая имела место 10 марта. 1977 года.

Оккультация планетами ярких светил — явление крайне редкое. Ближайшее подобное событие произойдет 1 октября 2044 года, когда Венера закроет Регул (α Льва). Звезда исчезнет за освещенным краем диска планеты и появится из-за темного края. Увидеть это можно будет в Центральной, Южной и Восточной Азии.

Может ли планета закрывать планету? Да, но это случается еще реже. Первое за почти 250 лет событие из этого ряда — прохождение Венеры по Юпитеру 22 ноября 2065 года — даже нельзя в полной мере назвать оккультацией, поскольку видимый размер «закрывающего» тела будет меньше, чем более далекого. К тому же обе планеты расположатся всего лишь в 7° от Солнца, что сильно усложнит наблюдения.

«Тени» астероидов и койпероидов

Астероиды, кометы, объекты пояса Койпера относят к малым телам Солнечной системы. Но, какими бы «малыми» они ни были, звезды находятся от нас гораздо дальше и имеют существенно меньший угловой размер. Следовательно, покрытия далеких светил астероидами — это классические оккультации, причем даже их любительские наблюдения могут быть достаточно полезными.

Но наблюдать такое событие можно только тогда, когда его удается предсказать. А с этим до 70-х годов прошлого столетия были проблемы: во-первых, астрономы не знали с приемлемой точностью параметры орбит подавляющего большинства малых тел, во-вторых — нетрудно понять, что оккультация будет наблюдаться только в узкой полосе на земной поверхности, ширина которой ненамного превышает размер астероида или кометного ядра.

Как ни странно, первым астероидом, оккультацию которым смогли предвычислить и успешно зарегистрировать, стал сравнительно небольшой Эрос (433 Eros), относящийся к классу околоземных объектов. В январе 1975 года он как раз проходил вблизи Земли и в определенный момент оказался между ней и яркой звездой κ Близнецов. «Тень» астероида должна была пройти по Северной Америке, но точное положение полосы покрытия оставалось неизвестным, поэтому было задействовано большое количество наблюдателей в США и Канаде, разбросанных по площади более миллиона квадратных километров. Многим из них действительно удалось увидеть, как в предсказанное время звезда на несколько секунд угасла. По результатам наблюдений размер Эроса был оценен в 23 км. Теперь мы знаем, что он имеет неправильную форму и длину почти 33 км.

По мере уточнения орбитальных элементов и совершенствования вычислительной техники астероидные оккультации стали наблюдать все чаще. 29 мая 1978 года достаточно яркую звезду в созвездии Лисички закрыла Паллада (2 Pallas) — самый крупный объект Главного пояса астероидов, к которому еще не летали автоматические аппараты. Позже на основе данных о длительности «исчезновения» звезды, измеренной в 130 различных пунктах, астрономы смогли воспроизвести форму малого тела, напоминающую эллипсоид с осями 532 и 558 км.

Контур Паллады по результатам наблюдений двух оккультаций в 1978 и 1983 годах. Каждая хорда соответствует длительности «исчезновения» звезды в конкретном пункте наблюдений. Источник: www.semanticscholar.org

Покрытие звезд объектами за пределами Главного пояса тоже принесли астрономам немало сюрпризов. В ходе такого события с участием карликовой планеты Плутон (134340 Pluto), состоявшегося в 1988 году, была открыта его азотно-метановая атмосфера, а в последующие годы ученые даже смогли зарегистрировать изменения ее давления. Еще сильнее исследователей удивили кентавры — небольшие ледяные тела, большую часть времени проводящие в промежутке между орбитами Сатурна и Урана. Прохождение Хирона (2060 Chiron) на фоне далекой звезды в ноябре 1993-го и марте 1994-го сопровождалось ее дополнительными короткими «угасаниями» до и после основного. Наиболее логичным объяснением было признано наличие у объекта тонкого темного кольца. Во время оккультации 26 марта 2014 года кольца были найдены у кентавра Харикло (10199 Chariklo), а 21 января 2017-го — у койперовского объекта Хаумеа (136108 Haumea).

Также в 2017 году астрономы использовали покрытие звезды койпероидом 2014 MU69, позже получившим имя «Аррокот», чтобы проверить, нет ли в его ближайших окрестностях невидимых спутников или колец. Дело в том, что к этому объекту как раз направлялся космический аппарат New Horizons, и группа сопровождения хотела убедиться в его максимальной безопасности во время пролета.

Глобальная карта видимости покрытия звезды астероидом с сайта www.asteroidoccultation.com/

Кометные оккультации наблюдать намного сложнее, поскольку ядра комет окружены комой — газово-пылевой оболочкой, излучающей достаточно интенсивно и мешающей увидеть исчезновение или появление звезды. Но спектральный анализ звездного света, прошедшего через кому, еще в начале прошлого века позволил сделать верный вывод о том, что вещество в ней чрезвычайно разрежено.

Информацию об актуальных предсказаниях астероидных оккультаций можно найти на специализированных сайтах (например, https://www.asteroidoccultation.com/). Почти каждый день происходит одно или даже больше покрытий звезд ярче 11-й величины, которые вполне можно увидеть в небольшие любительские телескопы в условиях городской засветки. Даже информация о наличии либо отсутствии покрытия в некоторых случаях может иметь научную ценность. Полученные результаты помогут ученым уточнить орбиты астероидов, определить их размер и форму, а иногда — даже открыть у них спутники.

Только самые интересные новости и факты в нашем Telegram-канале!

Присоединяйтесь: https://t. me/ustmagazine