Когда Сириус был красной звездой?

Почему древние называли Сириус красной звездой - красный Сириус против белого Сириуса - Могли ли древние ошибиться - звезды Сириус A и Сириус B - Мог ли Сириус B взорваться в виде сверхновой

Сириус! Даже если вы не знаете где искать эту великолепную звезду, скорее всего вы видели её не единожды. Она находится “в зубах” созвездия Большого пса и заслуженно носит титул Альфы Большого пса. На ночном небе именно Сириус сияет ярче других звезд, что в общем-то и не удивительно. Хотя нас с вами отделяет от Сириуса 8,6 световых лет, эта звезда излучает в 25 раз больше света чем наше Солнце.

Почему древние астрономы называли Сириус красной звездой?

А теперь попробуйте ответить на вопрос – какого цвета Сириус? Думаю никто не станет спорить, что цвет этой яркой звезды белый или даже голубоватый. Однако, давайте послушаем что говорят об этом астрономы древности?

• «в дни холода, мороза, льда, в дни появления звезды Стрела, которая огненно-красная, как медь» (Аккадское царство, XI век до н. э.)
• «в небе явлены самые разные цвета: Пёс ярко-красный, Марс — тусклее, Юпитер вовсе лишён цвета, испуская чистый свет» (Сенека, 2 век до н.э.)
•  «красноватая, самая яркая звезда во рту, называемой Псом» (Клавдий Птолемей, I век до н.э. )

Есть и другие свидетельства. Короче говоря, все астрономы древности сходятся в одном – Сириус не белая, а красная звезда, или во всяком случае мерцающая, т.е. меняющая цвет.

Эту картину не небе видели, наверное, все. Яркая красная звезда справа – Бетельгейзе, слева от неё на той же линии Процион, а самая яркая звезда ниже двух других – красавец Сириус. И уж конечно он совсем не красного цвета

Первым, кто обратил на эту странность внимание, был английский астроном Баркер в 1760 году, но лишь в 1874 году к этой теме вернулся датский астроном Шэллеруп, опубликовавший в Петербурге свой перевод замечательного сочинения персидского астронома Х века Аль-Суфи. Это был звездный каталог, содержащий оценки блеска и цвета звезд, доступных невооруженному глазу. Разные звезды отмечены у Аль-Суфи как окрашенные, но Сириуса среди них не было: то есть Аль-Суфи видел его таким же, каким видим его мы. Белой звездой.

Шэллеруп счел, что причина столь разительного расхождения между очень авторитетными астрономами II и Х веков кроется в ошибке переписчика “Альмагеста”, который не понял слово Сириус – и заменил его на огненно-красный, хотя Птолемей сравнивает Сириус скорее с Марсом, чем с такими красными звездами, как Бетельгейзе или Антарес.

Быть может, Аль-Суфи пользовался тем экземпляром “Альмагеста”, который не содержал указанной ошибки, а может быть, авторитет Птолемея у средневековых арабских ученых был так высок, что, даже видя свое расхождение с ним, Аль-Суфи не решается высказаться открыто и обходит вопрос молчанием? Так родилась загадка красного Сириуса.

“Гражданская война” в астрономии – красный Сириус против белого Сириуса

Итак, в начале нашего летосчисления авторитетные ученые отмечали Сириус в числе красных звезд, а уже начиная с 10-го века нашей эры, красным Сириус не называл никто. Что же произошло?

Наши нынешние представления об эволюции звезд, говорят, что спутник нынешнего Сириуса А – белый карлик (Сириус B), сейчас практически не различимый на фоне гораздо более яркого собрата, когда-то был красным гигантом. Возможно именно его видели древние астрономы? Но, тут явная нестыковка: одно тысячелетие на превращение звезды из красного гиганта в белого карлика – этого маловато!

Однако в 1890-х годах прошлого столетия против объяснения, данного Шэллерупом, решительно выступил американский астроном Томас Джефферсон Джексон Си. Наоборот, крупнейший среди астрономов знаток античной и доантичной астрономии и астрологии, открыватель каналов на Марсе Джованни Скиапарелли высказался за то, что Сириус и в начале нашего летосчисления выглядел таким же, каким мы видим его сейчас.

Так как не существует «канонического» рисунка созвездий, иногда Сириус помещают не в пасть, а в грудь фигуры Большого пса

В спор вмешались другие астрономы. Шайнер из Потсдамской обсерватории заявил, что изменение цвета Сириуса от красного к белому невозможно; директор той же обсерватории, спектроскопист Фогель, напротив, дипломатично утверждал, что “в небесах все возможно”. Авторитетнейший в конце 19-го века астроном Саймон Ньюком в своей известной книге “Звезды” соглашался со Скиапарелли, а венский профессор Иоганн Холечек в 1918 году развивает дальше аргументацию Скиапарелли.

Во всех этих высказываниях, кроме соображений исторического характера, в скрытой или явной форме проявляется чисто астрономический подход к вопросу о звездной эволюции и, в частности, распространенная в начале нашего столетия идея о развитии звезды от горячей стадии к холодной. Между тем теория звездной эволюции прогрессировала, и в середине 1920-х годов нашего столетия возможность обратного направления в развитии звезды – от красной к белой – уже признавалась реальной. Кроме того, стало совершенно ясным, что спутник Сириуса, Сириус В – звезда весьма своеобразная.

Будучи очень малых размеров (порядка размеров Земли), он имеет массу Солнца и, следовательно, непомерно большую плотность. А температура его поверхности высока – не меньше, чем главной звезды, Сириуса А. Это был первый открытый белый карлик.

В 1927 году в авторитетнейшем журнале “Азтгопоггиэспе Масппсьтеп” появляется новая работа американца Томаса Си. Вопрос о Сириусе в ней рассматривается с тех же позиций, что и в 1890-х годах, но обстоятельнее и с еще большей настойчивостью автор утверждает, что во времена Птолемея Сириус был красным.

Не менее уверенно высказывает то же мнение пять лет спустя крупнейший шведский астрофизик Кнут Эмиль Лундмарк. Он основывается почти исключительно на астрономических соображениях. Идея невозможности эволюции звезды от красной к белой совсем не тяготеет над ним. Лундмарк очень хорошо знает, что Сириус В-необычная звезда. Уже много накоплено сведений об изменениях физического состояния звезд и взрывным, и консервативным путем. Уже установлено, что звезда может менять свой блеск в добрую тысячу раз на протяжении столетия, как это случилось со звездой эта Киля. А вот каким образом? – начинает проясняться лишь в середине XX века. Но вернемся ненадолго ко временам античности.

Могли ли древние ошибиться с цветом Сириуса или просто перепутать его с другой звездой?

Чего сделать нельзя совершенно точно, так это обвинить наших предков в невежестве или невнимательности. Спутать “Альфу” Большого пса с какой-то другой звездой они не могли никак, ведь Сириус, как самая яркая звезда на небе, играл заметную роль и в идеологии, и в обрядах Древней Греции, Египта, Рима.

У египтян на протяжении тысячелетий первый замеченный в данном году восход Сириуса на фоне утренней зари, почти в лучах восходящего Солнца (гелиакический восход) обещал наступление половодья на Ниле. Сириус обожествляли, считая, что он – Сотис, слеза Изиды; слеза эта, упав, переполняет верховья реки. В то же время и в Греции и в Риме появление Сириуса на небе знаменовало наступление изнуряющей жары.

Древние астрономы помещали его в “морде” Большого Пса (канис – “пес” по латыни), и оттого эти дни назывались “каникулами”. У нас же, у северян, наступают “собачьи холода”, когда Сириус царит на зимнем звездном небе. Понятно, что он был предметом пристального внимания и философов, и астрологов, и простого люда.

Сравнение размеров Сириуса А и нашего Солнца

Само название “Сириус” греческого происхождения. Но употребляется оно редко, гораздо чаще говорят о Псе, Собаке, видя в главной звезде представителя всего созвездия. Под таким именем Сириус встречается у многих писателей, начиная с Гомера и кончая римскими авторами II века н. э. В эту же пору жил и Птолемей. Он тоже избегает названия Сириус, а говорит о самой яркой звезде в пасти Пса, “называемой собачьей звездой и красной”. Красной же ее называют и многие писатели.

Между тем для ублаготворения небесного Пса в пору каникул древние греки еще в III веке до н. э. приносили в жертву рыжую собаку-обычай, перешедший позже в Рим и процветавший в эпоху Антонимов (II век н. э.).

Пожалуй, наиболее серьезным подтверждением оценки цвета Сириуса Птолемеем служит утверждение Сенеки, сделанное им за столетие до Птолемея и уже приводимую ранее: «Пёс ярко-красный, Марс — тусклее, Юпитер вовсе лишён цвета, испуская чистый свет».

Итак, мы имеем основания считать, что Сириус в начале 1 тысячелетия н. э. действительно был красным, а в конце его (ок. 980 г. н.э.) белым. Когда произошло изменение, неизвестно. И было ли оно внезапным или постепенным, тоже неизвестно. Уже в III веке н. э. эллинистическая наука клонится к закату. Даже более крупные явления проходят незамеченными, и только в IX веке астрономия возрождается у арабов (в их числе и Аль-Суфи).

Но может ли астрономия XX века объяснить происшедшую с Сириусом метаморфозу, и если – да, то не поможет ли эта метаморфоза выяснить некоторые вопросы эволюции звезд?

Что представляют собой звезды Сириус A и Сириус B

Сириус – одна из очень близких к нам звезд. Он лишь в 2 разе дальше от нас, чем самая близкая к нам система трех звезд Альфы Центавра. Его расстояние от Солнца составляет всего 8,6 световых лет.

Это – нормальная звезда спектрального класса А1 и умеренной температуры, около 10 тыс. градусов. Ее радиус равен 1,7 радиуса Солнца, а абсолютная звездная величина составляет 1,4-такой блеск имел бы Сириус на расстоянии 10 пс.

Уже более столетия Сириус известен как двойная звезда. Его спутник, Сириус В, обращается вокруг общего центра масс системы с периодом 50 лет на среднем расстоянии от главной звезды-Сириуса А-18,5 а. е. Сириус В имеет абсолютную звездную величину 10,92, то есть слабее Сириуса А более чем в 6 тыс. раз, будучи горячее Сириуса А-по последним измерениям температура Сириуса В 24 тыс. градусов. Такое может быть только при очень малом радиусе звезды. Вычисления приводят к радиусу Сириуса В порядка радиуса Земли – т.е. это очень маленькая, плотная и горячая звезда.

В двойной системе можно определить массы звезд. У Сириуса А она равна 2,31 солнечной, у Сириуса В – 0,98, т.е. чуть меньше массы Солнца. По всем этим характеристикам Сириус В относится к классу белых карликов. Белые карлики нельзя считать “нормальными” звездами, но они не так уж малочисленны в мире звезд.

По современным представлениям, звезда образуется из сгущения газопылевой материи. При этом она разогревается и, когда температура в центре ее поднимается до 10 млн. градусов, в ней включается в полную силу такой термоядерный источник энергии, как объединение четырех ядер водорода в одно гелиевое ядро. Звезда малой массы излучает мало, и ее водородный запас расходуется медленно, у массивной же звезды “сгорание” водорода идет быстро, звезда на первых порах разогревается сильно, так что даже на ее поверхности температура достигает 15-20 тыс. градусов.

Но по мере выгорания водорода размеры звезды начинают увеличиваться, а температура падать до 4-3 тыс. градусов. Звезда превращается в красного гиганта. Ее масса остается той же – порядка 2-5 масс Солнца, а радиус превышает солнечный по крайней мере в 10 раз.

Ядро такого гиганта постепенно уплотняется и разогревается. Когда его температура достигает 100 млн. градусов, включается новая ядерная реакция – объединение трех ядер гелия в одно ядро углерода. Такая гелиевая вспышка длится недолго, но вызывает крупные изменения облика звезды, которые теория не в состоянии проследить детально и до конца. Все же наблюдательные данные подсказывают, что поверхность звезды снова становится горячей, а химический состав ее – преимущественно гелиевый, она бедна водородом.

Сравнение размеров Сириус А и Сириус B – сейчас с Земли Сириус B не виден невооруженным глазом, возможно 2 тысячи лет назад все было по другому

Те же наблюдательные данные свидетельствуют в пользу такой эволюции: гелиевая звезда имеет очень уплотненное ядро, и если масса звезды велика, больше 2-3 масс Солнца, звезда сбрасывает с себя оболочку. Оставшееся ядро испытывает катастрофическое сжатие (коллапс), приобретает колоссальную плотность и начинает существовать либо в форме черной дыры, либо нейтронной звезды, либо белого карлика. Последнее-в случае, если оставшаяся масса невелика, порядка 1,0-1,5 солнечной и даже меньше.

Из сказанного ясно, что белый карлик всегда много старше нормальной белой звезды. Но мы убеждены, что в двойной системе обе звезды образовались одновременно. Значит, одна из них, именно белый карлик, прошла свой жизненный путь быстрее другой, так сказать, преждевременно состарилась. Это возможно для звезды очень большой массы.

В системе Сириуса Сириус В менее массивен. Поэтому, чтобы понять нынешнюю структуру этой системы, необходимо признать, что в прошлом Сириус В был более массивным, но сбросил значительную часть своего первоначального вещества.

Как это могло случиться? Если сбрасывание вещества происходит быстро, вспыхивает сверхновая звезда: блеск звезды возрастает в 10-100 млн. раз, а потом медленно падает в течение десятилетия или дольше. Но можно представить себе и гораздо более спокойный процесс, когда под влиянием излучения изнутри звезда освобождается от внешних частей, которые расплываются в пространстве, образуя планетарную туманность. Ядра таких туманностей – очень горячие (до 100-200 тыс. градусов) маленькие звезды, то есть белые карлики.

Известен и третий путь эволюции, специфический для двойных систем. Можно представить себе такой ход событий: Сириус В, первоначально более массивный, опередив в развитии своего партнера-Сириуса А, расширился, превратился в красного гиганта и его периферические части настолько приблизились к Сириусу А, что стали перетекать на него,увеличивая массу Сириуса А и ослабляя свою.

Такая перекачка массы сопровождается сперва уменьшением взаимного расстояния звезд, а потом, когда массы сравняются,- их взаимным удалением и, естественно, удлинением орбитального периода. Расчеты показывают, что таким путем может получиться двойная система с периодом не больше 2,8 года. В системе же Сириуса период равен 50 годам. Значит, эта эволюционная схема не годится. Но ей может прийти на помощь неучитываемая до сих пор потеря массы системой в целом – то, что является главным в двух других эволюционных моделях.

Обе они пригодны для объяснения “красного Сириуса”, но обе наталкиваются на одно и то же затруднение: эволюция звезды от красного гиганта до белого карлика требует миллионов лет, мы же располагаем всего лишь восемью столетиями – от II до Х века.

Конечно, процесс мог начаться задолго до II века и II век застал систему Сириуса уже в стадии, близкой к заключительной, когда она еще выглядит красной или красноватой. Скажем, общий блеск системы складывался наполовину из чисто белого света Сириуса А и наполовину из красного света Сириуса В. Это было давно. Давно – с точки зрения человеческой, а в звездной эволюции тысячелетие – очень короткий промежуток времени. Однако, если 18 столетий назад из массивного тогда Сириуса В шло истечение вещества (что наблюдается у многих звезд-гигантов), как далеко мог зайти этот процесс?

Мог ли Сириус B взорваться в виде сверхновой звезды?

Наблюдения планетарных туманностей подсказывают нам, что в таком случае вокруг Сириуса В, а проще, вокруг системы Сириуса, должна существовать газовая туманность на угловом расстоянии до 1°. Возможно, мы ее увидели бы, если бы не соседство очень яркого Сириуса А. Сам он обладает слишком низкой температурой, чтобы своим излучением возбудить свечение туманности.

Сириус В – более горячий, но его светимость слишком мала, чтобы возбудить дальше, чем самые близкие к нему части туманности. А тут все заливает своим светом яркий сосед! Да и есть ли они, эти близкие части? Ведь истечение материи давно прекратилось! Можно надеяться обнаружить туманность только при внеатмосферных наблюдениях в далекой ультрафиолетовой области.

Таким образом, медленная отдача значительной доли своей массы Сириусом В не противоречит наблюдениям, но и не подкрепляется ими. Не свободны мы и от сомнений, могло ли перетекание вещества осуществиться за несколько столетий?

Вращение звезд систем Сириуса вокруг общего центра массы

Вернемся к первой модели эволюции. Если Сириус В полтора тысячелетия назад взорвался, то взрыв должен был привести к заметному увеличению эксцентриситета орбиты, а он сейчас действительно велик – 0,58. Исходя из этого, а также из нынешнего периода обращения в системе Сириуса и особенностей его движения в пространстве, можно подсчитать основные характеристики системы до взрыва. Подсчеты дают первоначальную массу Сириуса В 2,9 солнечной. Вместе со своим партнером он двигался вокруг общего центра масс по орбите размером 26 млн. км с периодом обращения 12 суток.

Здесь все правдоподобно, кроме самого факта взрыва. Сброс почти двух солнечных масс, конечно, должен был вызвать вспышку сверхновой звезды, которая должна была увеличить блеск Сириуса против прежнего до -11-й или -13-й звездной величины, то есть сделать его сравнимым с блеском Луны. Звезда была бы видна без труда и днем и, может быть, год-два. Могло ли это пройти незамеченным?

IV-Х столетия в Европе были временем глубокого упадка всех наук, точнее, наук не существовало вовсе. Даже в XI веке в европейских источниках совершенно не отражена вспышка Сверхновой 1054 года, которую, однако, отметили арабы, китайцы, японцы! Правда, в VI – VIII веках не было еще и арабской культуры, именно в VII столетии арабские завоеватели Египта довели разрушение александрийской библиотеки до конца. Но  все равно – оставались ведь японцы и китайцы. Однако в их хрониках ничего интересного для нас не содержится. Или вспышка случилась перед “каникулами” и была непродолжительной?

Правда, летописцы часто отмечали появление “звезды-гостьи”. Но они могли оставить без внимания увеличение блеска самой яркой звезды на небе. И если бы блеск Сириуса возрос, скажем, на 4-5 величин, это вполне могло не найти отклика в старинных хрониках. Но тогда нужно считать, что вспышка была не такая, как у “настоящих” сверхновых, а, так сказать, как у “полу-сверхновых”.

Современная астрономия знает немало вариантов вспышек звезд, которые рождают подозрения, не есть ли это отклонившийся от стандарта, неканонический феномен сверхновой, растянувшийся на долгие годы или столетия.

Мы называли уже звезду эта Киля. В XVII столетии ее отмечали звездой 3-4-й величины, в XVIII- даже 2-й, в начале XIX-4-й, а к середине XIX столетия она могла соперничать в блеске с Сириусом и Канопусом, достигнув – 1-й величины! К концу столетия она ослабела почти до 8-й величины, а сейчас стала раза в 2-3 ярче. Противоположный процесс медленного, но неуклонного на протяжении последних 80 лет увеличения блеска в 40-50 раз происходит у звезды V Стрелы – предполагается, что к концу 21 века эта звезд станет самой яркой на звездном небе! Вот уж правда: “в небесах все возможно”, как сказал Фогель!

Переработка для сайты starcatalog.ru статьи профессора, Д. Я. Мартынова, “Красный сириус” из журнала “Земля и Вселенная” №1 за 1976 год”.