Человек смотрел ночью на небо и везде видел звезды. Создавалось впечатление, что они приклеены на небесном куполе, на небесной сфере. Собственно, не только простой человек, но и астрономы в древности считали, что звезды действительно закреплены на огромной сфере, которая вращается относительно Земли, делая один оборот в течение земных суток. На самом деле на небе мы видим две звезды, расположенные рядом. Но одна из них достаточно близка к нам, а другая удалена на огромное расстояние. Тем не менее обе эти звезды мы видим в одной точке небесной сферы и ничто не говорит о том, как далеко они расположены.

Несмотря на это представление о небесной сфере очень полезное. Более того, без него было бы намного сложнее описывать все то, что мы наблюдаем с помощью телескопов во Вселенной. Небесная сфера показана на рисунке 55. Земля вращается вокруг своей оси, которая проходит через Северный и Южный полюсы. Экватор — это воображаемая окружность, которая проходит вокруг земного шара на полпути между полюсами. Ось вращения Земли отклонена от вертикали к плоскости ее орбиты на 23,5°. Если бы ось вращения Земли была вертикальной, то на Земле не было бы никаких времен года. Продолжительность дня всегда равнялась бы 12 часам. Такая же была бы и ночь. Так было бы во всех точках на поверхности Земли. Но поскольку ось Земли наклонена к плоскости эклиптики, то в тех областях Земли, которые обращены к Солнцу, день длиннее и солнечного тепла поступает больше по сравнению с другими частями Земли. Это значит, что там лето. На экваторе день длится 12 часов. Там нет значительных сезонных изменений климата. Нет сезонов и в прилегающих к экватору тропических областях, поясах. На рисунке 55 показана небесная сфера.

Из-за того, что земная ось наклонена, орбита Солнца в небе не проходит по небесному экватору. Круг, по которому вращается по небу Солнце, отклонен от небесного экватора на 23,5° и называется эклиптикой.

Рис. 55. Небесная сфера

Небесная сфера сконструирована так же, как и Земля, ее поверхность. Небесная сфера вращается вокруг оси, которая проходит через ее Северный и Южный полюсы. Небесный экватор — это окружность, которая проведена вокруг всего неба равно на полпути между небесными полюсами. Небесные полюсы и небесный экватор находятся точно над полюсами и экватором Земли.

Земля имеет размер (мы говорим о диаметре (поперечнике) и радиусе Земли). Небесная сфера не имеет размеров, не имеет определенного радиуса. В небесной сфере все измеряется не расстояниями, а углами. Углами измеряются не только положение небесных тел на небесной сфере, но и размеры этих тел. Ясно, что при этом расстояния между небесными телами на небесной сфере измеряются также в углах, в градусах, минутах и секундах. Круг содержит 360°. Полукруг содержит 180°. Это значит, что угол, проходящий через все небо с востока на запад, равен 180°.

Как отсчитываются углы, от какого направления? Если измерения проводятся на поверхности Земли, то местоположение любой точки определяется однозначно, если мы знаем ее долготу и широту. Они измеряются в углах (градусах, минутах и секундах). Угол широты измеряется от экватора на север или юг. Долгота также измеряется в градусах, минутах и секундах. Но отсчет этих углов идет не от экватора, а от большого круга, который проходит через Северный и Южный полюсы, а также через условно выбранную специальную отметку, сделанную в Гринвичской обсерватории, в Лондоне. Эта отметка может находиться в Париже, Москве или даже в Биробиджане. Тут важно только одно — чтобы все пользовались одной и той же отметкой.

Все это относится к Земле. Что же касается небесной сферы, то для определения местонахождения любой точки (звезды) на небесной сфере используют практически такую же систему отсчета. Только широту в градусах называют склонением. Этот угол отсчитывают от небесного экватора. Долготу на небесной сфере называют прямым восхождением. Его измеряют от той точки, где Солнце находится на небесном экваторе во время весеннего равноденствия. Известно, что градусы можно перевести в часы. Весь круг составляет 360°, или 24 часа. Один час эквивалентен 15°. Поэтому прямое восхождение часто измеряют в часах, минутах и секундах.

Поскольку земная ось наклонена к плоскости эклиптики, то орбита Солнца в небе не проходит по небесному экватору. Круг, по которому вращается по небу Солнце, отклонен от небесного экватора на 23,5°. Этот круг и называется эклиптикой.

Астрономы, ведущие наблюдения, пользуются не обычным, а звездным временем. Обычное время связано с одним периодом обращения Земли вокруг своей оси. Этот период поделили два раза на 12 и получили в сутках 24 часа. Если бы при этом использовали десятеричную систему счисления, то получили бы в сутках 20 часов (этот час был бы продолжительнее того, которым мы пользуемся).

Движение звезд на небе также имеет определенный период. Любой может наблюдать, как новые звезды появляются и поднимаются вверх в восточной части неба. В то же время другие звезды опускаются за линию горизонта на западе. Некоторые звезды вообще никогда не уходят за горизонт. Они просто описывают круги вокруг небесного полюса. Такие звезды называют околополярными звездами и созвездиями. Положение звезд на небе зависит не только от времени суток, но и от сезона. В разное время года ночная сторона Земли обращена к разным участкам звездного неба.

Звездное время отличается от обычного времени потому, что Земля вращается. Это значит, что звезда возвращается в ту же самую позицию на небе не через 24 часа, а через 23 часа 56 минут и 4 секунды. Это и есть тот период, за который звезды проходят по небосклону, — то есть звездные сутки. Они короче обычных, земных суток примерно на 4 минуты. Это значит, что для того, чтобы Солнце вернулось в то же место на небе, нужен период, равный 24 часам. Но за это время Земля поворачивается не на 360°, а на 361°, потому что за сутки Земля также продвигается на некоторое расстояние вдоль кривой, по которой она обращается вокруг Солнца.

Мы смотрим на небо, как на экран. Одна звезда находится очень далеко за экраном, а другая не очень далеко. Звезды, которые люди объединили в определенные коллективы (созвездия), могут не иметь друг с другом ничего общего. Так, например, три самые яркие звезды в созвездии Южный Крест находятся очень далеко друг от друга (не на небесной сфере, а по глубине, по лучу зрения). Одна из этих звезд удалена от Земли на расстояние 360 световых лет, другая — на 420 световых лет, а третья — на 88 световых лет. Таким образом, не надо думать, что звезды данного созвездия как-то связаны друг с другом.

Кроме тех звезд, которые входят в общепризнанные, традиционные созвездия, есть и масса других звезд. Чем сильнее телескоп, тем больше видно. Куда следует их отнести? Поскольку речь идет о проекции на небесную сферу, то разумно было придерживаться территориального принципа. Астрономы так и поступили. Они в 1930 году договорились разделить всю небесную сферу на 88 участков. Каждый из этих участков привязан к определенному традиционному созвездию. В настоящее время, когда астрономы говорят о каком-либо созвездии, они имеют в виду все звезды, которые попадают в данный участок небесной сферы. Что касается названия созвездий, то большинство из них взяты из легенд греческой мифологии. Это Геркулес, Орион, Персей, Андромеда, Пегас и др. Позднее стали известны созвездия в южном небе. Они были названы более примитивно. Так, французский астроном, любитель техники Лакайль давал созвездиям такие названия — Печь, Телескоп, Микроскоп, Часы и т. д.

В настоящее время все небо поделено, и новых созвездий никто не обнаружит. Все, что будет открыто, войдет в одно из 88 созвездий, которые покрывают всю небесную сферу. Кстати,48 из всех 88 созвездий были перечислены Птолемеем еще во II веке. Конечно, многие из созвездий упоминались до него.