Звезда Вега, королева летнего неба

Наверное, многие, кто смотрел летними вечерами на небо, задавались вопросом, как называется яркая звезда, сверкающая почти в зените. Во время долгих июньских сумерек она появляется на небе первой, располагаясь высоко над южным горизонтом. Это Вега, одна из ярчайших звезд ночного неба, главное светило созвездия Лиры, «королева летних ночей».

В списке ярчайших звезд ночного неба Вега занимает 5-е место. Она сильно уступает в блеске Сириусу и Канопусу, заметно альфе Центавра и лишь немного Арктуру. При этом только две более яркие звезды, Сириус и Арктур, можно наблюдать с территории России. Но Сириус — зимняя звезда и летом не видна. Арктур «на глаз» такой же по яркости, как и Вега. У Веги даже есть небольшое преимущество над ним: на бо́льшей части территории России она наблюдается на небе круглый год.

Вега и знаменитая «двойная двойная» эпсилон Лиры на фоне звездных полей. Примерно так выглядит Вега при наблюдении в бинокль и небольшой телескоп. Фото: Alan Dyer

Как ни странно, название Вега не имеет никакого отношения к популярной в латинских странах фамилии. Оно происходит от арабского waqi («падающий») из фразы النسر الواقع‎ (an-nasr al-wāqi‘), что означает «падающий орел». Это название впервые появилось в «Альфонсовых таблицах» (XIII в.). До этого греки называли звезду Луера, римляне — Лирой, а в «Альмагесте» одно из ее названий — Аллоре. Наконец, у Цицерона это была звезда Фидис, а у Плиния — Фидикула. В древнем Риме придавалось большое значение Веге, так как ее утренний заход совпадал с приходом осени.

Звезда Вега: как найти на небе

Так как Вега яркая звезда, искать ее на небе — занятие простое. Летним вечером встаньте лицом на юг и посмотрите вверх. Вы увидите Вегу высоко в небе, недалеко от зенита! Обратите внимание: звезда не одинока на этом участке неба! Вместе с еще двумя яркими звездами Вега образует огромный треугольник, острая вершина которого направлена вниз.

Вегу часто называют летней звездой, потому что именно в летние месяцы после наступления темноты она находится в южной части неба. (Как известно, именно на юге лучше всего наблюдать любые небесные светила, будь то звезды, планеты или Луну, так как там они поднимаются выше всего над горизонтом, пересекая небесный меридиан.) Вега кульминирует на юге в полночь в середине лета. В конце августа она проходит через южный меридиан поздним вечером. Поэтому теплые вечера в августе и в начале сентября — лучшее время для наблюдения Веги!

Но Вега видна на небе не только летом — она прекрасно наблюдается весной и всю осень. А жители Москвы и Минска, Киева и Самары, Новосибирска и Петербурга, а также многих других городов, расположенных севернее 50° северной широты, могут наблюдать Вегу на небе круглый год. Если летом и в начале осени по вечерам она наблюдается высоко в небе на юге, а во вторую половину осени на западе, то зимой Вега плывет низко над горизонтом на севере. Весной звезду легко найти в восточной части неба.

Вега и Большой летний треугольник

Три яркие звезды, Вега, Денеб и Альтаир образуют на небе Большой летний треугольник, гигантский астеризм, который наблюдается с мая по октябрь. Это главный звездный рисунок на летнем небе. Он притягивает к себе внимание уже при первом мимолетном взгляде на вечерний небосклон июля или августа.

Вега находится в правом верхнем углу треугольника и является в ней ярчайшей звездой. Летний треугольник — очень полезная фигура: он выполняет роль ориентира, отталкиваясь от которого можно довольно просто найти все летние созвездия. Через летний треугольник проходит полоса Млечного Пути.

Восход летнего треугольника. Вега находится вверху. Фото: frankastro

Альфа Лиры

Одновременно Вега возглавляет маленькое, но бросающееся в глаза созвездие Лиры. Основной рисунок этого созвездия — параллелограмм из звезд 3-й и 4-й зв. вел., расположенный непосредственно под Вегой. Вместе со звездами эпсилон и дзета Вега образует крошечный равносторонний треугольник, «сидящий» на вершине параллелограмма.

Созвездие Лиры. Рисунок: Stellarium

Интересно, что греческая буква «альфа» утвердилась за Вегой задолго до выхода знаменитого атласа Иоганна Байера «Уранометрия», в котором наиболее ярким звездам созвездий были впервые присвоены буквы греческого алфавита. Ярчайшая звезда именовалась буквой альфа (α), следующая за ней по яркости — бета (β) и так далее, вплоть до омеги (ω). В издании Альмагеста 1551 года звезда именовалась как α Лиры. Этому, по-видимому, способствовала ее необыкновенная яркость в сравнении с окружающими светилами.

Вега в телескоп

Если у вас есть телескоп или бинокль, не упустите возможности посмотреть на Вегу! Бинокль обладает более широким полем зрения, чем телескоп, и покажет прекрасные звездные поля, окружающие Вегу. В телескоп Вега предстанет далеким голубовато-белым солнцем в окружении десятков тусклых звезд-искорок. Если присмотреться, то рядом со звездой на расстоянии 57″ к югу можно увидеть спутник 9,5^m. Спутник Веги — оптический: звезды случайно оказались на небе поблизости друг от друга, в реальности же их разделяют многие световые года. Для того, чтобы увидеть пару во всей красе, понадобится телескоп с объективом не менее 150 мм. Тогда перед вами предстанет купающаяся в потоках света главной звезды маленькая искорка. Примерно в 1′ к западу от Веги есть еще одна звездочка, но увидеть ее в сиянии звезды — задача гораздо более сложная, достижимая только для продвинутых любительских телескопов (блеск спутника всего 11^m).

Когда смотришь на Вегу в телескоп, то при хороших атмосферных условиях кажется, будто звезда имеет крохотный голубой диск. В XVII-XVIII веках астрономы считали, что и вправду способны видеть в свои телескопы диски звезд. Только в XIX веке астроном Эри доказал, что такие диски кажущиеся и обусловлены дифракцией света. Однако, к примеру, для Галилея наблюдаемый феномен был еще одним доказательством того, что звезды — это далекие солнца. «Сверх того, у Солнца нет решительно никаких свойств, по которым мы могли бы выделить его из всего стада неподвижных звезд»… — писал он в то время, когда большинство просвещенных людей все еще полагало, будто звезды прикреплены к хрустальной сфере…

Физические характеристики Веги

Вега — горячая звезда спектрального класса A0V. Она больше и гораздо ярче Солнца: ее масса в 2,1 раза превосходит массу нашей звезды, диаметр — в 2,8 раза, Вега излучает в 40 раз больше света, чем наше дневное светило. Цвет звезды — белый, с голубоватым оттенком.

Вега является одной из ближайших звезд к Солнцу: расстояние до нее составляет 25,3 световых лет или 7,67 пк. В радиусе 10 пк от Солнца это звезда наибольшей светимости.

Звезды наибольшей светимости в окрестностях Солнца

Возраст Веги оценивается в 450 миллионов лет — она примерно в 10 раз младше Солнца. Несмотря на это, эволюционно Вега, как и Солнце, находится примерно в середине жизни. Как и Солнце, Вега пребывает на Главной последовательности диаграммы Герцшпрунга-Рессела. Это означает, что звезда находится в состоянии динамического равновесия между силой тяжести, стремящейся сжать тело, и давлением излучения, идущим из недр, которое расталкивает вещество в стороны.

Равновесие поддерживается ядерными реакциями в ядре звезды, где при температуре 16 миллионов градусов из атомов водорода синтезируются атомы гелия (CNO-цикл). Эта реакция сможет удерживать звезду на Главной последовательности еще в течение примерно 500 миллионов лет, после чего водород в ядре исчерпается, и звезда начнет превращаться в красный гигант. Конечная стадия эволюции Веги аналогична солнечной — прохождение через стадию планетарной туманности с образованием сверхплотного белого карлика.

Интересный момент: несмотря на то, что звезда родилась гораздо позже Солнца, в ее составе наблюдается недостаток химических элементов тяжелее гелия, что характерно для звезд старше Солнца! Последнее неудивительно, ведь все элементы тяжелее гелия рождаются в недрах звезд, которые, умирая, выбрасывают часть своего вещества, обогащенного металлами, в космос. В результате следующее поколение звезд должно содержать больше тяжелых элементов. Но в случае с Вегой это не так. Очевидно, звезда образовалась из водородного облака, бедного металлами и космической пылью.

Интересные факты о Веге

Вега — самая изучаемая звезда после Солнца

В той или иной степени этой звезде посвящены 2466 научных работ и статей, опубликованных после 1850 года. Здесь сыграли свою роль и яркость Веги, и ее близость к Солнцу, и то, что Вега долгое время использовалась в качестве фундаментального калибратора для различных фотометрических систем. Но все же этого было бы недостаточно, если бы Вега не занимала свое сверхудачное место на небесной сфере. В разное время года она проходит близко от зенита для большинства обсерваторий северного полушария Земли, что делает ее гораздо более удобным объектом для наблюдений, чем похожий на нее Сириус.

Аномальная звезда

С Вегой связана любопытная история. В 60-е годы XX века выяснилось, что альфа Лиры имеет аномально большую светимость и температуру для звезд своего класса. (Светимость можно вычислить, если знать блеск звезды и точно измерить расстояние до нее.) По всем расчетам выходило, что звезда излучает почти в 1,5 раза больше света, чем другие подобные ей звезды класса A0V. Некоторое время астрономы пытались объяснить это наличием у Веги звезды-спутника, который мог бы вносить свой вклад в общее излучение звезды. Однако все попытки обнаружить такой спутник (визуально, спектрально или астрометрически) дали отрицательный результат.

Наконец, в 1980-х годах было высказано предположение, что разгадка аномальной светимости Веги кроется… в ее чрезвычайно быстром вращении вокруг своей оси! Как это связано, спросите вы? Разве звезды светят ярче из-за того, быстрее или медленнее они вращаются?

Конечно, нет! Но дело тут вот в чем. Если тело вращается вокруг своей оси достаточно быстро, его форма не может быть идеальной сферой — оно будет сплюснуто к полюсам! Причиной тому — действие центробежных сил, которые стремятся растащить вещество на экваторе, где линейная скорость вращения максимальна. Из-за этого полярный диаметр Земли на 21 километр меньше экваториального. А если посмотреть на фотографии Юпитера или Сатурна, сутки на которых длятся 10 и 9 часов соответственно, то там эта «сплюснутость» буквально бросается в глаза!

Солнце представляется нам почти идеальной сферой, так как вращается чрезвычайно медленно: на один оборот вокруг своей оси у него уходит 25,4 суток — почти целый месяц! Но не все звезды такие, как Солнце. Многие массивные горячие звезды вращаются гораздо быстрее и потому их форма должна быть эллипсоидальной. Такие светила астрономы называют звездами-волчками.

А что Вега?

Звезда-волчок

Долгое время считалось, что Вега вращается почти так же медленно, как и Солнце. Тут надо пояснить: астрономы измеряют скорость вращения звезд косвенным путем по доплеровским сдвигам линий в их спектрах. При вращении звезды одна ее часть приближается к наблюдателю, а другая часть, наоборот, удаляется. Соответственно и линии поглощения в спектре исследуемой звезды смещаются в сторону фиолетового или красного цветов. Измеряя степень отклонения линий, можно найти скорость вращения звезды. Однако этот метод хорош, если звезда обращена к нам экватором. Тогда мы можем измерить действительную скорость ее вращения. Однако как быть со звездой, которая обращена к нам полюсом? Ведь тогда все части звезды не приближаются к Земле, но и не удаляются, так как вращение происходит в перпендикулярной плоскости! Соответственно, мы не наблюдали бы никаких доплеровских сдвигов вне зависимости от того, с какой скоростью вращается звезда!

Итак, в случае Веги спектральный анализ показывал весьма умеренные сдвиги линий, соответствовавшие периоду в 5 дней, и ничто не указывало на обратное. Кроме… аномальной светимости!

Карта температур на поверхности Веги, синтезированная по наблюдениям на интерферометре CHARA. Температура на полюсе составляет 10150 К, а на экваторе только 7900 К. Полярный радиус Веги в 2,2 раза больше солнечного, а экваториальный в 2,8 раз! Источник: J. P. Aufdenberg et al., 2006

Если Вега вращается достаточно быстро, ее форма искажена. Центробежные силы вытягивают звезду вдоль экватора, и со стороны она становится похожей на дыню или мяч для регби.

Но тогда полюса находятся ближе к горячему ядру звезды и потому сами становятся горячее и ярче. Экваториальные области, наоборот, гораздо холоднее, чем у аналогичной, но медленно вращающейся звезды, так как располагаются дальше от ядра звезды. Теперь, имея в виду эти соображения, не кажется ли уместным предположить, что Вега — настоящая звезда-волчок, обращенная к нам горячим и ярким полюсом? Эта гипотеза прекрасно объясняет аномальную светимость звезды (ведь мы смотрим на ее сплюснутые области, которые горячее, чем у аналогичных звезд сферической формы), а заодно показывает, почему стандартная процедура измерения скорости вращения Веги давала столь малые величины (именно потому, что звезда вращается для нас «плашмя» и ее вещество практически не двигается по отношению к земному наблюдателю).

Эту красивую гипотезу удалось проверить в 2005 году на интерферометре CHARA (обсерватория Маунт-Вильсон). Наблюдения полностью подтвердили догадку астрономов. Оказалось, что экваториальный радиус Веги на 28% больше ее полярного радиуса. Было найдено гравитационное потемнение диска к экватору и измерена температура на разных участках поверхности. Выяснилось, что Вега совершает оборот вокруг своей оси всего за 12,5 часов! Материя на экваторе звезды вращается со скоростью 274 км/с, что составляет 91% от критической. Превысив критическую скорость, звезда неизбежно была бы разорвана центробежными силами.

Размеры Веги в сравнении с Солнцем. Рисунок: Большая Вселенная

Вега — первая звезда, у которой был обнаружен околозвездный диск

В начале 80-х годов XX века в космосе работал орбитальный телескоп IRAS. Его задача была составить обзор неба в инфракрасном свете. По результатам работы телескопа в 1984 году астрономы объявили об открытии у нескольких звезд остаточных пылевых и обломочных дисков, похожих по своей структуре и свойствам на пояс Койпера в Солнечной системе. Вега стала первой звездой, у которой был найден подобный диск. Он оказался огромным — радиус диска составляет по меньшей мере 550 астрономических единиц!

Это открытие стало также первым доказательством существования твердой материи (пыли и мелких астероидов) у звезд за пределами Солнечной системы. С тех пор все такие звезды, демонстрирующие избыток излучения в далекой инфракрасной области спектра, именуются «вегоподобными» звездами.

Осколочный диск вокруг Веги, снятый на длинах волн 24 и 70 мкм. Фото: NASA/JPL-Caltech/K.Su

Вот уже 30 лет диск Веги активно изучается в инфракрасном и субмиллиметровом диапазонах. В тепловых лучах диск всегда показывал ровную, однородную структуру. А вот на более длинноволновых участках спектра в 1998 году в нем были обнаружены узлы пыли на расстоянии 60 и 75 астрономических единиц от Веги (9 — 11,25 миллиардов километров). Астрономы интерпретировали это явление как следствие существования гигантской планеты на орбите вокруг звезды, которая влияет на поведение пыли силой своего притяжения. Орбита предполагаемой планеты должна быть довольно вытянутой и иметь бо́льшую полуось 30 а. е., что сопоставимо с размерами орбиты Нептуна.

Так Вега стала первой из ярчайших звезд, у которых было заподозрено существование планет. Однако до сих пор наличие планеты не подтверждено. Например, самые последние наблюдения на инструментах с более высокой чувствительностью не подтверждают наличие узлов пыли ни в инфракрасной, ни в субмиллиметровой областях спектра.

Вега была и будет полярной звездой

Полярная звезда знаменита не потому, что самая яркая, как часто думают некоторые далекие от астрономии люди, а потому, что на нее указывает северный полюс Земли. Благодаря этому Полярная звезда всегда — в любое время года и суток! — остается на одном и том же месте на небе.

Но так было не всегда, ведь ось вращения Земли находится в постоянном движении. Она описывает в пространстве конус с периодом 25770 лет. Это явление, названное прецессией, было открыто еще античным астрономом Гиппархом. В результате прецессии полюс мира медленно путешествует по небу от одной звезды к другой.

Ось вращения Земли описывает в небе фигуру, грубо напоминающую круг, с периодом 25776 лет. Круг имеет диаметр примерно 60 градусов. Рисунок: Большая Вселенная

Примерно 12,5 тыс. лет назад полюс находился неподалеку от Веги. Затем переместился к гамма Дракона, а от нее — к звезде Тубан. Во времена Гомера роль полярной исполняла звезда Кохаб, бета Малой Медведицы, и только в последние полторы тысячи лет таковой стала Полярная звезда.

Надо сказать, что из всех этих звезд Вега — ярчайшая! Вероятно, в далеком прошлом она ничуть не хуже помогала ориентироваться первобытным путешественникам, чем это делает сейчас Полярная звезда!

Еще примерно через 13,5 тыс. лет круг прецессии замкнется, и северный полюс мира вновь будет находится менее чем в 4° от яркой Веги.

В будущем Вега станет самой яркой звездой на небе после Солнца

В грубом приближении Солнце вместе с планетами движется по направлению к Веге. Это не значит, что Солнечная система столкнется со звездой: просторы космоса слишком велики для подобного рода коллизий. Однако в далеком будущем, на временном промежутке 210 – 480 тыс. лет от наших дней Вега будет самой яркой звездой на ночном небе Земли, сменив Сириус. Примерно через 290 тысяч лет звезда подойдет к нам на минимальное расстояние около 17,2 св. лет; блеск ее будет равен -0,81^m.

Движение Веги на небе Земли в течение 800 000 лет. Рисунок: Fred Schaaf

Затем Вега начнет удаляться, пока через миллион лет не перестанет быть видимой невооруженным глазом. Ее место на земном небосводе займут другие звезды, временные попутчики нашего Солнца в грандиозном галактическом хороводе.