Дельта Цефея: яркая переменная звезда в созвездии Цефея

Почти каждое созвездие имеет в своем составе хотя бы одну яркую звезду, достойную внимания. В созвездии Цефея таким светилом является, бесспорно, дельта (δ) Цефея. Это одна из тех звезд, которые сыграли выдающуюся роль в истории астрономии.

И вот почему.

Древние астрономы полагали, что небеса неизменны. Нет, в подлунном мире могли происходить разные необычные явления — та же Луна периодически вызывает солнечные затмения. Но в мире звезд все застыло раз и навсегда.

Сегодня такие идеи могут показаться наивными, но в античные времена это была очень обоснованная гипотеза. В самом деле, звезды неподвижны. Очертания созвездий не меняются на протяжении столетий. Яркие звезды остаются яркими, тусклые — тусклыми. В извечной картине звездного неба ничего никогда не происходит, и логично было предположить, что такова сама природа сферы звезд.

Сверхновые звезды

Первый удар по такому мировоззрению нанесли редкие и случайные наблюдения сверхновых звезд. Внезапно на небе появлялась новая, неизвестная звезда, как правило, яркая. Просияв несколько месяцев, звезда затухала и исчезала с небосвода, как-будто ее никогда и не было. В Европе первое серьезное наблюдение сверхновой провел Тихо Браге в 1572 году. (Он наблюдал сверхновую в Кассиопее.) В Китае же звездочеты и астрологи аккуратно фиксировали появления таких звезд задолго до Браге. Например, они подробно описали явление знаменитой сверхновой Тельца в 1054 году. В результате взрыва этой сверхновой родилась знаменитая Крабовидная туманность.

Переменные звезды

Вторым мощным ударом по гипотезе неизменности небес оказались наблюдения переменных звезд. В начале нового времени выяснилось, что не все звезды излучают свет с постоянной мощностью, как настольная лампа. Светимость некоторых колеблется — они светят то ярче, то тусклее. На глаз заметить такие изменения бывает очень сложно, так как блеск меняется плавно и в течение нескольких суток или даже месяцев. (Не нужно путать переменность блеска звезды и ее мерцание, вызванное действием земной атмосферы.)

В 1596 году астроном Фабрициус открыл переменность Миры́ Кита, а через 4 года аналогичную звезду обнаружили в созвездии Лебедя. Оказалось, что мы стоим на пороге чего-то необычного. Звездный мир уже не казался вечным и неизменным. Это было время, когда теория Коперника постепенно завоевывала Европу, когда Джордано Бруно провозгласил звезды — далекими солнцами.

К середине XVIII века было известно всего 6 переменных звезд. Все они, кроме Алголя, были похожи на Миру Кита — долгопериодические светила, то появляющиеся, то исчезающие с небосклона. Но в 1780-х годах все изменилось. Два любителя астрономии из Англии — Эдвард Пиготт и Джон Гудрайк — открыли сразу несколько переменных звезд совершенно другого типа. У них был короткий период и относительно небольшая вариация яркости. Одной из таких переменных была звезда дельта в созвездии Цефея.

Переменность дельты Цефея

Созвездие Цефея чрезвычайно удобно наблюдать в умеренных широтах. На всей территории России и практически везде в Европе оно никогда не заходит за горизонт. Может быть, поэтому Гудрайк (John Goodricke) выбрал для своих целей именно это созвездие.

Гудрайк наблюдал звезды. Но не просто смотрел на них, а как можно точнее пытался определить их блеск. Как это можно сделать, не имея точных приборов? Сравнивая яркость звезд друг с другом на глаз! Оказывается, если делать это с умом, то обычный человеческий глаз можно превратить в весьма точный и тонкий инструмент.

Джон Гудрайк, первооткрыватель переменности дельты Цефея. На момент открытия юноше было 19 лет. Через 2 года, в 1786 году, он умер, простудившись во время астрономических наблюдений. (Это одна из версий.) Источник: Википедия

В 1782 году с помощью глазомерных оценок блеска Гудрайк подробно исследовал переменность Алголя, знаменитой звезды Дьявола в созвездии Персея. А что, если на небе не одна такая звезда? Действительно, вскоре под подозрение попала звезда дельта в созвездии Цефея. Ее свет казался то ярче, то слабее. В течение ночи эти вариации не были особенно заметны, но вот две и больше ночей наблюдений говорили о них со всей ясностью.

Гудрайк не только убедился в том, что дельта Цефея регулярно изменяет блеск, но и нашел период изменения. Он оказался равным 5 с четвертью суток. Наиболее поразительно было то, что звезда вела себя как хорошо отлаженный механизм. В течение примерно 1,5 суток блеск ее достигал максимума, а затем плавно затухал. После чего цикл повторялся заново. А вот так выглядит изменение блеска дельты Цефея на графике.

График изменения блеска дельты Цефея. По оси X отложено время (фаза цикла), по оси Y — звездная величина (блеск) звезды. Источник: ThomasK Vbg/Wikimedia Commons

Не правда ли, эта правильная кривая немного напоминает синусоиду?

Природа цефеид

Со временем оказалось, что дельта Цефея лишь одна из множества звезд, ведущих себя похожим образом. Такие переменные звезды были названы цефеидами. (Кстати, не совсем справедливо, ведь первую подобная звезда, эта Орла, была открыта на месяц раньше Пиготтом. Поэтому звезды типа дельты Цефея правильнее было бы называть «орлидами».)

Какова природа цефеид? Практически сразу было подмечено, что период изменения блеска цефеид практически не меняется с течением времени. Быстрый набор яркости и относительно медленное затухание было также общим свойством цефеид. Выяснить причину изменений яркости помогли астрофизические методы.

Оказалось, что одновременно с блеском меняется, цвет и температура звезды. Естественно, изменяется и спектральный класс — от F к G и обратно. Все цефеиды — звезды-сверхгиганты. Их светимость превышает солнечную в тысячи и десятки тысяч раз. Амплитуда изменения блеска составляет 1-2^m, то есть мощность излучения меняется за считанные дни в 2 — 6 раз. Только представьте, если бы наше Солнце вело себя на небе подобным образом!

Цефеиды — пульсирующие звезды. Они то вырастают в размерах, то сжимаются. Подобно сердцу, они пульсируют очень ритмично. Период пульсации можно вычислить вплоть до секунды. Пульсируют при этом только протяженные атмосферы цефеид. При сжатии они разогреваются, а при расширении охлаждается. Когда атмосфера разогрета почти до максимума, а размер цефеиды близок к минимальному, она достигает максимума блеска. Когда же звезда расширилась и остыла, ее блеск на небе находится возле минимума.

Пульсация цефеиды. Уменьшаясь в размерах, звезда становится горячее и ярче. Увеличиваясь, звезда охлаждается, а ее яркость падает. При охлаждении цвет звезды из белого становится желтоватым. Источник: Википедия

Факты о дельта Цефея

Как наблюдать дельту Цефея

Убедиться в том, что дельта Цефея изменяет свой блеск регулярно и строго периодично, может каждый. Для этого достаточно взять минимум две звезды сравнения, одна из которых немного ярче дельты Цефея, а другая немного слабее. После чего нужно регулярно сравнивать блеск дельты Цефея с блеском звезд сравнения.

Феликс Зигель в книге «Сокровища звездного неба» так описывал метод наблюдения дельты Цефея:

«Если вы захотите сами убедиться в переменности δ Цефея, вам в какой-то степени придется повторить работу Гудрайка. Впрочем, не пугайтесь: сделать это сравнительно легко. Поблизости от дельты Цефея видны звезды дзета (3,6^m), эпсилон (4,2^m), и ню (4,5^m). Будем сравнивать блеск звезды с блеском этих постоянных «звезд сравнения». Допустим, что в момент наблюдения дельта Цефея явно слабее дзеты, но ярче эпсилон. Разделим мысленно интервал блеска между звездами сравнения на 10 равных частей и попробуем оценить, каково положение в этом интервале переменной звезды. Если, скажем, δ Цефея во столько же раз слабее во сколько раз ярче эпсилон, то оценку блеска надо записать так: ζ5δ5ε. В другие могут получиться иные оценки, например: ζ3δ7ε или ζ6δ4ε. Зная звездные величины ζ и ε, легко пропорциональным делением вычислить блеск переменной. Иногда δ Цефея становится слабее ε; и тогда звездами сравнения могут служить ζ и ν или ε и ν.

Сделав в течение двух-трех недель десяток оценок, постройте график изменения блеска звезды δ Цефея: по его горизонтальной оси отложите моменты времени, по вертикальной — видимый блеск. Чем больше будет сделано наблюдений, тем более явным станет периодический характер изменения блеска Цефея».

Как найти дельту Цефея на небе?

Наблюдать δ Цефея можно круглый год. Чтобы найти ее, нужно вначале отыскать созвездие Цефея (читайте подробнее о положении Цефея на небе).

Основной рисунок созвездия — что-то вроде домика с островерхой крышей. Цефей находится правее созвездия Кассиопеи, рядом с Полярной звездой.

Созвездие Цефея на небе. Рисунок: Stellarium

Дельта Цефея — звезда, расположенная рядом с основанием «домика», у его восточного (левого) края. Посмотрите на рисунок ниже: здесь расположен небольшой почти равнобедренный треугольник из трех звезд, и δ Цефея находится в его вершине.

Здесь же находятся и упомянутые выше звезды сравнения: дзета (ζ) и эпсилон (ε) входят в состав этого треугольника, а звезда ню (ν) находится на линии основания «домика» Цефея между звездами эпсилон и альфа.

Положение звезды дельта в созвездии Цефея. Обратите внимание на звезды дзета, эпсилон и ню Цефея. Их можно использовать в качестве звезд сравнения, если вы хотите заняться измерением блеска дельты Цефея. Рисунок: Stellarium

Сразу скажем, на городском небе дельта Цефея видна с большим трудом. Для наблюдения звезды лучше выбраться за город — туда, где не мешают фонари. Впрочем, и в городской черте можно найти приемлемые условия в том случае, если воздух прозрачный. Это может быть парк, берег реки, балкон. Самое главное, оказаться в стороне или выше уличного освещения.

Дельта Цефея в телескоп

Немногие знают, что дельта Цефея — двойная звезда. Ее двойственность заметна уже в бинокль, а в телескоп пару светил можно рассмотреть подробнее. Спутник дельты Цефея — голубая звездочка класса B5III, которая находится на расстоянии около 11000 а. е. от главной звезды. Блеск спутника примерно равен 7-й величине.

Это легкая пара, доступная для наблюдения в любой любительский телескоп.

Звезды-маяки

В самом начале статьи было упомянуто, что дельта Цефея сыграла большую роль в истории астрономии. Правильнее было сказать, не дельта Цефея, а цефеиды вообще. Изучение этих звезд не только продвинуло теоретическую астрофизику и наше общее понимание внутреннего устройства звезд, но и позволило измерять космические расстояния.

Удалось это сделать благодаря выдающемуся открытию, которое в начале XX века сделала гарвардский астроном Генриетта Ливитт. Изучая цефеиды в Малом Магеллановом Облаке, она обнаружила, что период изменения блеска зависит от светимости этих звезд. Чем выше светимость, тем больше период переменности.

А теперь представьте себе, что все маяки одинаковой мощности подмигивают с одинаковым периодом. Чем ярче маяк, тем больше времени проходит между вспышками. Тогда, наблюдая за самым далеким маяком, можно понять, какой он яркости, просто посчитав время между вспышками. Если затем измерить его видимую яркость, можно узнать, насколько далеко он от нас находится!

Примерно так, используя в качестве маяков цефеиды, астрономы смогли узнать расстояния до ближайших галактик.