Редкая астрономическая новость обходится без рисунков художника или анимационной вставки. Космические расстояния слишком велики, чтобы их можно было осознать без наглядных сравнений, а многие объекты вроде экзопланет или далеких квазаров выглядят на настоящих снимках не слишком-то красиво. Причем нельзя сказать, что художник или художница сознательно вводят нас в заблуждение - напротив, хорошие астрономические иллюстрации стараются делать так, чтобы совместить реалистичность с красотой. Да, ни один телескоп не позволяет увидеть экзопланету в виде шара с разводами облаков, но ученые уже знают о планетах столько, что готовы поручиться: найденный ими объект и вправду может быть таким, как на картинке.
Мы не можем сфотографировать советский "Марс-3" на поверхности планеты, но можем взять карту окрестностей, построить на ее основе трехмерную модель местности и дополнить ее детальной моделью самого аппарата - получится вполне правдоподобная картинка. Можно взять фотоснимки с борта спускаемого аппарата "Гюйгенс" и на их основе нарисовать висящий над поверхностью Титана метановый туман с проступающими через него озерами жидких углеводородов; контуры берегов будут нарисованы в соответствии с данными радарной съемки.
Однако учесть все нюансы затруднительно и часто рисунок оказывается с теми или иными ошибками.
Масса и масштабы
Рисунок пояса астероидов. Изображение: NASA/JPL-Caltech
Это изображение пояса астероидов сделано художником NASA. И на рисунке сразу несколько неточностей, главной из которой является чрезмерное количество пыли. Реальный астероидный пояс содержит столько вещества, что из него затруднительно собрать даже Луну: по массе все астероиды из основного пояса в 25 раз меньше нашего естественного спутника. Ни о каком плотном облаке с висящими тут и там булыжниками говорить не приходится. Если бы астероидный пояс и вправду был столь плотным, мы бы его видели невооруженным глазом. И не в виде зодиакального света, а куда как более отчетливо.
Зодиакальный свет - перед рассветом и вдали от городских огней можно увидеть рассеянный космической пылью свет Солнца. Фото: A. Fitzsimmons/ESO
Кроме того, на рисунке явно не соблюден масштаб. Обратите внимание на планету на заднем плане: чтобы она была настолько крупной, ее диаметр должен составлять несколько миллионов километров, ведь поперечник пояса астероидов - около миллиарда километров. Камни, видимые в правой части картинки, тоже окажутся размером заметно больше Юпитера.
Светимость и пригодность для жизни
Эффектное видео недавно представил Роскосмос: как выглядело бы небо над Москвой, если бы вместо Солнца была какая-либо иная звезда. Авторы верно отобразили масштаб звезды и ее цвет, однако опустили одну важную деталь: у показанных звезд совершенно разная светимость.
Так, Сириус имеет светимость в 22 раза выше Солнца. Это значит, что он испускает в 22 раза больше света и в первом приближении настолько должна вырасти яркость светила на небосводе. Столь яркая звезда, дающая к тому же намного больше ультрафиолета, сделала бы поверхность Земли малопригодной для жизни, и вместо города на заднем плане должна быть каменистая пустыня. Причем под облаками, поскольку вся вода на планете испарится.
Здесь стоит задаться вопросом о том, насколько ярко окажется все освещено в подобных условиях. С одной стороны, Сириус будет намного ярче, а с другой - облака неизбежно задержат часть света. Собранные автоматической станцией "Венера-8" данные позволяют утверждать, что на Венере с ее плотным облачным покровом примерно столь же светло, как на Земле в пасмурный день, однако Венера получает "всего лишь" вдвое больше света. Вероятно, под лучами Сириуса небо окажется равномерно-белым, намного ярче, чем привычная нам осенняя хмурь. А вот в случае с Полярной звездой (также показана в ролике Роскосмоса) остается только гадать: светимость в 2200 солнечных, вероятно, не оставит даже шансов на формирование планеты земного типа.
Сириус - двойная система. Сириус B - белый карлик, удаленный примерно на радиус орбиты Урана. Рисунок: NASA, ESA // G. Bacon (STScI)
Кстати, и на показанном выше рисунке - ошибка. Ни фотокамера, ни глаз не могут одновременно разглядеть и звезду ярче Солнца, и Млечный Путь на заднем плане. Этот недочет встречается едва ли не на большей части изображений.
Теория относительности и освещение
А вот иная иллюстрация - видео, которое недавно обошло многие научно-популярные ресурсы. Аннотация гласит, что это вид на Солнце и другие объекты из точки, которая сама движется со скоростью света. Не будем придираться к невозможности разогнать до такой скорости видеокамеру, но отметим отсутствие на картинке эффекта Доплера и геометрических искажений.
Эффект Доплера- это сдвиг частоты излучения, которое испускается движущимся объектом. Удаляющееся от нас Солнце будет казаться намного более красным, чем есть на самом деле, вплоть до перехода всего видимого света и ультрафиолета в инфракрасное излучение. Кроме того, перемещение с околосветовой скоростью заметно искажает картинку: пилоту корабля покажется, что все звезды собираются в один кластер прямо по курсу, в то время как сзади расползается чернота.
Если некий аппарат с видеокамерой на самом деле стартует от Солнца со скоростью света (лишний раз напомним, что она недостижима!), установленная на корме камера покажет ровный черный фон. А если скорость составит, скажем, 50% от скорости света, то Солнце окажется очень тусклым красно-коричневым шаром. С видеозаписью полета на околосветовой скорости мимо бесконечной решетки можно ознакомиться ниже. Ролик сделан французским математиком Давидом Мадором, и в нем показан вид с носа, с кормы и через боковой иллюминатор:
Время на борту такого корабля идет иначе, чем на Земле: интервал между двумя событиями вовне покажется космонавтам меньше, чем он есть на самом деле. Иными словами, это нам приходится прокручивать ролик в ожидании очередной планеты, а на борту все будет гораздо динамичнее.
Кроме того, в оригинальном ролике пролетающие мимо планеты почему-то освещены со всех сторон, включая противоположное Солнцу полушарие. Эту ошибку заметно и без теории относительности.
Минутка самокритики
Астрономия 8-9 класс, школьный (первый) этап
Время выполнения – 90 мин
Задание 1 (викторина)
Задания а, б и в – это игра «Четвёртый – лишний». Что в каждом случае лишнее с точки зрения астрономии? Почему?
а) Малая Медведица, Большая Медведица, Орион, Кассиопея.
б) Лев, Телец, Козерог, Дракон.
в) Чёрное море, Белое море, Восточное море, Северное море.
г) В названии какой планеты спряталась греческая буква? Напишите эту букву.
д) День Космических войск России отмечается ежегодно 4 октября. В честь какого события была выбрана эта дата?
Задание 2 (словарик)
Что означают слова:
а) астрономическая единица;
б) галактика;
в) метеор?
Задание 3 (галерея)
Какие космические тела изображены на фотографиях?
Рисунок 1
Рисунок 2
Рисунок 3
Задание 4
Найдите астрономические ошибки в картине советского художника Андрея Соколова «Луна. Следы космонавтов в лунной пыли».
Картина Андрея Соколова «Луна. Следы космонавтов в лунной пыли»
Задание 5
Украшал ночную синь
Серебристый апельсин,
А прошла неделька только –
От него осталась долька.
Какое небесное тело описано в загадке? Объясните происходящие с ним перемены. Сделайте поясняющий рисунок.
Задание 6
Разгадай кроссворд. Что означает слово, полученное в выделенном столбце?
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
Древнегреческий философ, который предполагал, что в центре расположена Земля, вокруг которой вращаются семь небесных сфер.
Прибор, с помощью которого можно наблюдать за небесными телами.
Древнегреческий астроном, разработавший свою систему мира, которая господствовала в науке 13 веков.
Математик, первым выдвинул предположение о том, что Земля имеет форму шара.
То, вокруг чего вращаются все планеты.
Спутник Земли.
Третья планета Солнечной системы.
Итальянский учёный 16 века по имени Джордано.
Великий польский астроном, который сделал вывод о том, что Земля вращается вокруг Солнца.
Космическое пространство и всё, что его заполняет.
Задача 1
Глобус Земли имеет диаметр 30 см. На какой высоте над поверхностью глобуса необходимо поместить модель МКС (Международной Космической Станции), если настоящая МКС летает на высоте 400 км над поверхностью Земли? Какого размера будет модель станции, если длина МКС составляет 60 м? Радиус Земли 6 400 км.
Задача 2
Известно, что фотон (квант, т.е. частица света), возникший в центре Солнца, добирается до его поверхности через 30 миллионов лет после своего рождения. Оцените среднюю скорость перемещения фотона от центра Солнца до поверхности, если известно, что радиус Солнца примерно в 200 раз меньше расстояния от Солнца до Земли, а расстояние от поверхности Солнца до Земли фотон преодолевает за 500 секунд.
