Продолжаю серию постов по итогам регионального этапа Всероссийской олимпиады школьников по астрономии (где я нынче был председателем жюри в Удмуртии).

Для учащихся 7-8 классов всероссийская олимпиада не проводится. Вместо этого для них придумали некую Олимпиаду им. В.Я. Струве. В этом году там была задача - №4 для 7 класса, - прекрасно иллюстрирующая тезис, который я неустанно продвигаю среди учеников. Все участники олимпиад умеют пользоваться калькулятором, но очень мало кто понимает точность результата. Поэтому чаще всего дети выписывают в решении все цифры, которые видят на экране калькулятора. Если бы критерии оценки разрабатывал я, то непременно потребовал бы снимать баллы за избыточную точность. И вот задача

На одной картинке из интернета было указано:

    Скорость света: 299792458 м/с.
    Координаты Великой пирамиды Гизы: 29.9792458◦ c.ш.

И ведь действительно, указанная параллель проходит через пирамиду Хеопса!
Вычислите, насколько различаются широты северного и южного краёв пирамиды.
Основание пирамиды представляет собой квадрат со сторонами длиной 230 метров,
ориентированными по сторонам света.
Выразите ответ в градусах.

Решение приводит к тому, что пирамида имеет протяженность 0,002° вдоль меридиана. Следовательно, указывать в её широту аж 7 значащих цифр нет никакого смысла.
Мне всегда была удивительна религиозное поклонение физиков гауссовой системе единиц. Это та, где некоторые величины измеряются в СГСЭ, некоторые в СГСМ, и одни и те же имеют разную размерность для Э и М. Я еще помню дискуссию, когда автор известного учебника общей физики Сивухин поносил систему СИ всякими грязными словами. Но внимательно изучив его аргументы (большей частью он толковал про напряженность и индукцию в уравнениях Максвелла) я понял, что все они сводятся к одному: я так привык, поэтому вам не позволю иначе!

Меня в университете тоже 70-летние деды убеждали, что измерять массы галактик граммами, а расстояние между ними сантиметрами гораздо удобнее, чем соответственно килограммами и метрами, а их в свое время в том же убеждали другие 70-летние деды. И еще в законе Кулона букв меньше. И писать "СГСЭ-ед. зар." намного проще, чем "Кл" и т.д. А еще удобнее принять такую систему единиц, где все мировые константы равны единице, и плевать, что такое невозможно, зато букв писать меньше. Поэтому в работах некоего Тутукова, например, постоянно встречались выражения типа , где m - масса, а  a - расстояние. На самом деле, где-то там должен быть размерный коэффициент, но так как все мировые константы равны единице, то...

И так было прекрасно! Неожиданные сложности возникали только на стыке теории и практики, т.е. почти никогда. Выяснялось, что тупые инженеры не понимали, чем нужно мерять в данном теоретическом случае, и градуировали приборы по своему. Теоретику приходилось мучительно вспоминать, что он там приравнял единице, и какие множители выкинул, чтобы короче писать.

А вспомнил я об этом 16 января, когда проверял работы участников регионального тура Всероссийской олимпиады школьников по астрономии. Задания с решениями можно посмотреть здесь. В задаче №6 для 11 класса (автор - М.В. Костина) написано "В астрономии принято пользоваться гауссовой системой единиц". Хорошо, что нет такого Самого Главного Астронома, который приказал бы всем принять одну определенную систему единиц. В задаче используется формула для задержки радиосигнала из-за дисперсии в плазме (школьникам нужно просто принять её как данность):



Она есть в разных справочниках, в частности, в энциклопедии "Физика космоса", но вряд ли кто-то может показать, как она выводится. Формула записана в системе СГСЭ. Поскольку в школе давно отказались от СГС, автору задачи пришлось пояснить, что это за система, и дать значения таких констант, как масса и заряд электрона - e и m_e в формуле.

Я подумал, что можно было бы не грузить детей некими "общепринятыми" системами единиц, а использовать ту, к которой они привыкли. Тем более, что в СИ формула выглядит не сильно сложнее - добавляется только электрическая постоянная



А если от обычных частот перейти к циклическим, то на одну букву меньше ))).



Из предыдущих статей цикла следует, что есть по крайней мере три варианта года. Первый - идеальный - это тропический год 365,2422 суток. Идеальность состоит в том, что ровно через тропический год в точности повторяются условия освещения Солнцем земной поверхности и, следовательно, сезоны года. Естественным счетчиком хода тропического года является средняя долгота Солнца, которая меняется за год от 0 до 360°. Григорианский год, средняя продолжительность которого 365,2425 суток, - очень хорошее приближение к тропическому году. В одну и ту же дату разных лет Солнце оказывается примерно на одной и тоже долготе. Небольшие различия обусловлены округлением продолжительности года до целого числа, но эти различия колеблются не более чем на 1 сутки в ту или иную сторону. Наконец, плохим приближением к тропическому году является юлианский год в 365,25 суток. Поскольку он ощутимо длиннее тропического, сезоны будут ползти по календарю. В одну и ту же дату сезоны будут сползать от весны к лету, от лета к осени и т.д.
 
Артподготовка завершена, поставим теперь такую задачу. Допустим, произошло некоторое событие в день N по текущему календарю. Вы собираетесь отмечать это событие ежегодно. Какого числа  это делать? 
 
Есть три решения данной задачи: идеальное, очень хорошее и плохое. Рассмотрим их по очереди.
 
Идеальное решение состоит в том, чтобы отмечать событие в точности через идеальный (тропический) год. Узнаем, какова была долгота Солнца в момент события, и отметим годовщину события ровно через один оборот при той же долготе. Это решение лучшее в смысле точности, но неудобное практически.
 
Очень хорошее решение - это воспользоваться григорианским календарем. Надо посмотреть, в какую дату григорианского календаря произошло событие, и отмечать его в ту же дату. Максимум ошибемся на день. Но даже через 3000 лет большей ошибки не будет.
 
Наконец, плохое решение - это использовать плохой календарь. Если отмечать годовщину события каждый год в то же число по юлианскому календарю, то окажется, что к этой дате Земля успеет пройти вперед по орбите от точки события, через год - еще немного вперед и т.д. Через тысячи лет - а мы не сомневаемся, что наша вторая по истинности вера просуществует еще много тысяч лет - осеннее событие придется отмечать летом, осеннее - зимой...
 
И вот тут пришло время вспомнить Татьяну. Τατιανὴ Римская, в современном русском языке - Татьяна, была казнена 12 января 226 года. Дата эта - по юлианскому календарю (старому стилю), потому что новый, григорианский, еще не придумали. Когда отмечать день памяти Татьяны? Плохое решение состоит, как написано выше, в том, чтобы делать это каждый год 12 января по старому стилю. Но пройдет пара-тройка тысяч лет, и окажется, что 12 января по календарю будет уже весенняя, а совсем не зимняя погода. Нехорошо!
 
А можно ли применить хорошее решение? Григорианского календаря в III в. не было, но ничто не мешает нам продлить этот календарь не в будущее, а в прошлое. Такой построенный "задним числом" григорианский календарь даже имеет свое название - пролептический (т.е. предшествующий) календарь. А вот таблица расхождений между юлианским и пролептическим календарем:
 
1 марта 1500 - 28 февраля 1700 10
1 марта 1400 - 28 февраля 1500           9
1 марта 1300 - 28 февраля 1400           8
1 марта 1100 - 28 февраля 1300           7
1 марта 1000 - 28 февраля 1100           6
1 марта  900 - 28 февраля 1000           5
1 марта  700 - 28 февраля  900           4
1 марта  600 - 28 февраля  700           3
1 марта  500 - 28 февраля  600           2
1 марта  300 - 28 февраля  500           1
1 марта  200 - 28 февраля  300           0
 
Видно, что в III в., когда казнили Татьяну, разница между календарями составляла 0 дней, т.е., они совпадали! Разумеется, это не закон природы, а следствие того, что Григорий XIII выбрал в XVI в. разницу именно в 10 дней. Поскольку григорианский календарь очень точно соответствует движению Земли вокруг Солнца, годовщину смерти Татьяны нужно отмечать всякий год 12 января по новому стилю. Тогда вы будете отмечать событие почти точно при том же положении Земли на орбите. Да-да, даже в XXI в. Татьянин день следует отмечать 12 января по действующему у нас григорианскому календарю!
 
Наконец, рассмотрим идеальное решение. Точное время казни неизвестно. Выясним, какая была долгота Солнца в полдень 12 января 226 года. В первой статье я приводил формулу для долготы Солнца:
 
L = 1009677,850 + 129602771,270·T + 1,089·T² (")
 
в которой время измеряется в юлианских столетиях по 36525 суток, прошедших с гринвичского полудня 1 января 2000 г. Для событий до 2000 г. T будет отрицательным. С 12 января 226 года (по старому стилю) до 1 января 2000 г. (по новому стилю) прошло 1803616 дней. [Если пожелаете, расскажу отдельно, как я это вычислил]. Следовательно, 
 
T = -1803616/36525 = -17,73932923.
 
Подставив в формулу, получим
 
L = -2298056208" = -638349°.
 
Исключив целое число оборотов, найдем окончательно
 
L = 291°.
 
Вот при такой долготе Солнца случилась казнь Татьяны. Посмотрим, какая была долгота Солнца в полдень 12 января 1755 года по старому стилю. Вычисления далее я опускаю, сообщу только результат: 302°. Что-то не похоже на 291°. Ну а чего вы хотели от юлианского календаря? Вычислим ту же величину для 12 января 1755 года по НОВОМУ стилю. Получим 291°. Вот! Именно так и должно быть. А где было Солнце в полдень 12 января 2024 года? Можете посчитать сами и убедиться, что долгота составит 291°.
 
Вывод: Татьянин день следует отмечать 12 января каждого года по григорианскому календарю.
 
С Татьяной разобрались. Теперь студенты. Говорят, что праздник студентов отмечают в Татьянин день, потому что указ о создании Московского университета был подписан 12 января 1755 года. Простейший поиск в гугле показывает, что это не так. Указ Елизавета Петровна подписала 24 января 1755 года. А 12 января она утвердила ПРОЕКТ учреждения университета. Разумеется, все даты даны по старому стилю, который тогда действовал в России. А в Европе уже был распространен новый стиль и, как следует из таблицы в предыдущей статье, разница между стилями составляла 11 дней. Таким образом, на календаре западноевропейского жителя в тот день было 23 число.
 
Когда отмечать день основания университета? Строго говоря, 4 февраля (24 января + 11 дней). Но если считать таки от даты проекта, то 23 января. Потому что это дата по григорианскому календарю, который точно следует за движением Земли.
 
Проверим по долготе Солнца. 12 января 1755 года по старому стилю = 23 января 1755 года по новому долгота Солнца была 302° - далековато от Татьяны. Какая долгота будет 23 января 2024 года? Правильно, 302°!
 
Вывод: день студента следует отмечать 23 января каждого года по григорианскому календарю.
 
Откуда же взялась "объединенная" дата 25 января? Элементарно! Дабы не перенапрягать мозг неизвестные мне деятели решили, что к датам событий III и XVIII веков нужно зачем-то прибавить СОВРЕМЕННУЮ разницу между календарями. Какой в этом смысл? Никакого! Но зачем смысл, если у нас есть скрепы? Да и вообще, людя́м попроще надо, главное, чтобы водка не подорожала. Долгота Солнца 25 января, кстати, 304° - довольно близко к студентам, но далеко от Татьяны.
 
Резюме.
 
Татьянин день - 12 января.
День студента - 23 января.
День победы интеллектуального большинства над очкариками - 25 января.
 
Ну что ж, татьянимся дальше.
 
Наш год как период смены сезонов равен 365,2422 суток. А в календарном году, чтобы он имел смысл, должно быть, конечно, целое число суток. Поэтому нужно придумать систему чередования количества дней в году, чтобы в среднем за несколько лет продолжительность календарного года была близка к продолжительности тропического. 
 
Таких систем придумано много. В Европе широко известна одна из них, называемая "юлианский календарь". Историю его появления я здесь рассказывать не буду. А устроен он просто. Три года из четырех имеют содержат 365 суток, а четвертый - 366. В среднем за 4 года получается (3·365+366)/4=365,25. Когда-то всеобщим консенсусом приняли, что по 366 дней будут иметь те годы, номер которых делится на 4 (без остатка). Номер считается от Рождества Христова. Год Рождества - первый.
 
Очевидно, средний календарный год в этой системе - будем называть его юлианским годом - длиннее тропического на 0,0078 суток. А значит, за 1/0,0078≈128 лет накопится ошибка в целые сутки. Что это значит? Допустим, в некоторый год весеннее равноденствие пришлось на полночь 21 марта. Когда пройдет один тропический год, Солнце снова вернется в точку равноденствия (снова день будет равен ночи). Но календарный год еще не закончится, ведь он длиннее! На ваших часах будет еще 20 марта, хотя и близко к полуночи 21 (если точно, то будет 23ʰ49ᵐ). Через 128 лет равноденствие случится в полночь 20 марта, еще через 128 - 19-го и т.д. Через много-много лет равноденствие будет в январе, и январь станет не зимой, а весной, а зима начнется в октябре. Как говорил герцог из фильма "Тот самый Мюнхгаузен": "Возникнет путаница, что надевать: деловой сюртук или нарядный камзол". Ну а если вы - Начальник Церкви и руководствуетесь не сезонами, а канонами, то будет еще хуже. Пастор из того же фильма мудро заметил: "Прихожане не смогут точно знать когда Рождество, а когда Пасха". Давайте остановимся на Пасхе подробнее.
 
В 325 г. отцы церкви собрались в городе Никее (теперь это Изник в Турции), чтобы, как водится, потолковать о вере, осудить еретиков и установить дату Пасхи. Там и порешили, что Пасху впредь нужно праздновать в первое воскресенье после первого полнолуния после весеннего равноденствия. И прихожане возрадовались. Радость, впрочем, несколько омрачалась тем, что день равноденствия определяли не наблюдениями за светилами, а установили точно 21 марта. Да и полнолуние тоже назначали не глядя на Луну - вычислениями. Поэтому спустя примерно 100 лет настоящее равноденствие сползло на 20 марта, еще через 100 - на 19... К концу XVI в. отцы стали волноваться: равноденствие сместилось почти на 10 дней к началу марта! И ладно бы Пасха, но перед Пасхой есть Великий Пост. Если Пасху назначить не на ту дату, получится, что граждане в скоромный день будут поститься, а в постный - скоромиться, а последнее - великий грех! В итоге, папа Григорий XIII, спросив умных людей, в 1582 повелел это бардак исправить. В этом году по сравнению с 325 равноденствие наступило не 21 марта, а на (1582-325)/128=9,8≈10 дней раньше, т.е. 11 марта. 
 
24 февраля (по юлианскому календарю) папа повелел:
 
«Quo igitur vernum æquinoctium, quod a patribus concilii Nicæni ad XII Kalendas Aprilis fuit constitutum, ad eamdem sedem restituatur, præcipimus et mandamus ut de mense Octobri anni MDLXXXII decem dies inclusive a tertia Nonarum usque ad pridie Idus eximantur, et dies, qui festum S. Francisci IV Nonas celebrari solitum sequitur, dicatur Idus Octobris, atque in eo celebretur festum Ss. Dionysii, Rustici et Eleutherii martyrum, cum commemoratione S. Marci papæ et confessoris, et Ss. Sergii, Bacchi, Marcelli et Apuleii martyrum; septimodecimo vero Kalendas Novembris, qui dies proxime sequitur, celebretur festum S. Callisti papæ et martyris; deinde XVI Kalendas Novembris fiat officium et missa de dominica XVIII post Pentecostem, mutata litera dominicali G in C; quintodecimo denique Kalendas Novembris dies festus agatur S. Lucæ evangelistæ, a quo reliqui deinceps agantur festi dies, prout sunt in calendario descripti».
 
Что в переводе на русский язык звучит так:
 
«А посему с целью вернуть весеннее равноденствие на его прежнее место, каковое отцы Никейского собора установили на 12-й день перед апрельскими календами [21 марта], мы предписываем и повелеваем касательно месяца октября текущего 1582 года, чтобы десять дней, от третьего дня перед нонами [5 октября] до кануна ид [14 октября] включительно, были изъяты. День, который будет следовать за 4-м днём до нон [4 октября], когда традиционно празднуется день святого Франциска, должны быть иды [15 октября], и будет отмечаться праздник святых мучеников Дионисия, и Елевферия, диакона Дениса, праздник 9 октября для всех трёх, а также память святого Марка, [праздник 7 октября] папы и духовника, и святых мучеников Сергия, Вакха, Марцелла и Апулея [праздник 7 октября]. Будет отмечаться на следующий день, в семнадцатый день до ноябрьских календ [16 октября], праздник святого Каллиста, папы и мученика, [14 октября], а затем наступит 16 день до ноябрьских календ [17 октября], 18-я неделя по Пятидесятнице. Наконец придёт на место пятнадцатый день до ноябрьских календ [18 октября], праздник Святого Луки Евангелиста [праздник 18 октября], после чего будут следовать один за другим другие праздники, как они описаны в календаре».
 
Поняли? Короче, если убрать всех святых, то после 4 октября 1582 года следовало не 5-е, а сразу 15 октября. Тем самым восполнялись 10 дней, "потерянные" из-за более длинного года по сравнению с тропическим.
 
Кроме того, изменялось правило високосных лет. Ошибка в 1 день в юлианском календаре накапливается за 128 лет, а в 3 дня - за 384 года. Поэтому папа решил, что каждые 400 лет нужно изымать из календаря три дня, чтобы компенсировать большую длительность. Для этого столетние годы (1600, 1700,...) считались високосными только в том случае, если число столетий делится на 4. Так, 1600 год был високосным (16 на 4 делится), а 1700, 1800 и 1900 - нет. По юлианскому же календарю все эти годы високосные. Средняя продолжительность нового -  григорианского - года равна [(300+3)·365+(100-3)·366]/400 = 365,2425 суток. Это уже очень близко к тропическому году. Разница составляет всего 0,0003 суток (26 секунд), а значит ошибка в 1 сутки накопится за 1/0,0003=3333 года.
 
Что здесь важно, кроме богословия? То, что разница между юлианским (старый стиль) и григорианским (новый стиль) календарями не остается постоянной. 4 октября 1582 года она волею папы составила 10 дней. Затем, каждый раз, когда в юлианском календаре год был високосный, а в григорианском - нет, разница увеличивалась на 1 сутки. Вот таблица этой разности. Сначала приводится временной интервал по григорианскому календарю, потом разница с юлианским в этот период.
 
15 октября 1582 — 28 февраля 1700 10
1 марта 1700 — 28 февраля 1800          11
1 марта 1800 — 28 февраля 1900          12
1 марта 1900 — 28 февраля 2100          13
1 марта 2100 — 28 февраля 2200          14
 
В наше время разность составляет 13 суток. В 2000 году она не изменилась, поскольку этот год был високосным по обоим календарям (20 делится на 4). А вот в феврале 2100 года будет только 28 дней (если, конечно, к тому времени западная цивилизация не исчезнет сама и сохранит нынешний календарь).
 
А где же Татьяна? Татьяна со студентами в следующем номере.
 
 
Приближается 25 января - "Татьянин день", он же "День студента". Поэтому я должен написать традиционный пост о том, что эта дата ни к Татьяне, ни к студентам отношения не имеет. На этот раз начну с артиллерийской подготовки и расскажу сначала о том, что такое тропический год.
 
В основе солнечного календаря лежит период смены сезонов года. А сезоны меняются из-за изменения условий освещенности земной поверхности. Лучше всего это видно в средних широтах, типа наших: зимой (в среднем) холодно, летом тепло. Нагрев поверхности зависит от двух факторов: максимальной суточной высоты Солнца над горизонтом и от продолжительности светового дня. А от чего зависят эти факторы? От наклона экватора Земли к плоскости её орбиты и от положения Земли на орбите. 
 
Когда Земля находится в точках равноденствий, Солнце для земного наблюдателя находится в плоскости земного экватора. По мере движения Земли по орбите Солнце смещается либо к северу, либо к югу, пока не достигнет максимально возможного удаления от экватора (равного примерно 23,5°). В этот день оно достигает максимальной высоты над горизонтом в каком-то из полушарий (и минимального в другом). В июне солнце стоит высоко в северном полушарии, в январе - в южном.
 
Совершив полный оборот вокруг Солнца, Земля возвращается в ту же точку равноденствия. И цикл повторяется заново. Таким образом, смена сезонов происходит с периодом обращения Земли по отношению к одной из точек равноденствий (традиционно берут "весеннюю", хотя весна в этот момент только в северном полушарии, а для южного она "осенняя").
 
Такой период называется тропическим годом. Чему он равен в сутках?
 
Люди, которые не исследуют квазары и черные дыры, не ловят транзиенты и гамма-всплески, но незаметно за кадром обеспечивают фундамент всех астрономических наблюдений, знают ответ на этот вопрос. Эти люди называются небесными механиками и астрометристами. Первые решают дифференциальные уравнения движения небесных тел, вторые получают из наблюдений фактические параметры этих движений. То, что написано далее, получено трудом этих скромных людей.
 
В формулах ниже буквой T обозначено время. Оно в данном случае измеряется в юлианских столетиях по 36525 суток. А сутки - это 86400 секунд системы СИ. За T=0 принят средний гринвичский полдень 1 января 2000 года.
 
Поскольку астрономические наблюдения в основном производятся с Земли, то традиционно её помещают в начало координат. Астрономы строят "теорию движения Солнца", которая фактически является теорий движения Земли. Угловое расстояние Земли от точки весеннего равноденствия, считаемое вдоль орбиты, называют долготой. А если смотреть с Земли на Солнце и представлять себе Солнце, обращающееся вокруг Земли, то аналогично определяется долгота Солнца. Из-за эллиптичности орбиты Земли долгота изменяется неравномерно, поэтому вводится понятие средней долготы - долготы на воображаемой круговой орбите с тем же радиусом, что и большая полуось истинной эллиптической орбиты.
 
Для средней долготы Солнца имеем формулу (наличие там слагаемых, зависящих от времени, поясню чуть позже):
 
L = 1009677,850 + 129602771,270·T + 1,089·T² (")
 
По этой формуле L получается в угловых секундах.
 
Я не буду сейчас рассказывать о том, как получена эта формула - это предмет спецкурса по небесной механике. Отмечу лишь, что полиномиальный вид проистекает из способа приближенного решения дифференциальных уравнений движения планет, а коэффициенты получены из многочисленных наблюдений, причем наблюдений косвенных: не за Солнцем, а за другими телами Солнечной системы, в том числе из лазерной локации Луны. Формула пригодна на временах порядка нескольких тысяч лет; на десятки и сотни тысяч лет её использовать нельзя - будет сильно врать.
 
Чтобы найти угловую скорость движения Солнца (т.е. Земли), нужно продифференцировать по времени
 
n = dL/dT = 129602771,270 + 2,178·T ("/столетие)
 
Скорость получится в угловых секундах за юлианское столетие. Переведем в более привычные градусы в сутки, для чего поделим на 3600·36525:
 
n = 0,985647359267 + 0,00000001656·T (°/сут)
 
Видно, что скорость медленно меняется со временем. Вызвано это, во-первых, движением точки весеннего равноденствия из-за прецессии земной оси и, во-вторых, гравитационных влиянием на движение Земли вокруг Солнца прочих тел Солнечной системы.
 
Определим тропический год, как величину, обратную к средней скорости Земли. Поскольку скорость эта меняется, то фактически мы определим мгновенный тропический год - период обращения Земли вокруг Солнца по отношению к точке весеннего равноденствия, если бы скорость такого обращения оставалась всегда такой же, как в данный момент. 
 
Y = 360/n = 360/(0,985647359267+0,00000001656·T) (сут)
 
С помощью формулы для приближенных вычислений (1+x)ⁿ≈1+nx (для малых x) получаем следующее:
 
Y = 365,24218993 - 0,00000614·T (сут)
 
Для календарных целей можно с достаточной точность принять
 
Y = 365,2422 сут
 
Вот теперь можно строить календарь.
 
Продолжение в следующем номере.
 
Наиболее энергетически выгодные орбиты перелетов с одной круговой орбиты на другую, известные как орбиты Гомана, упоминаются даже в учебнике Астрономии Воронцова-Вельяминова и Страута. Например, в 8-м издании 2020 года в п.6 §14 (с. 79-80). Имя Гомана там не упоминается, орбита называется полуэллиптической. (Кстати, авторы так же не упоминают Погсона, когда выписывают его формулу для звездных величин).

Но я неоднократно видел, как эти орбиты называются двойным именем: Гомана-Цандера, Гомана-Ветчинкина, и даже тройным: Гомана-Цандера-Ветчинкина. Откуда взялись Цандер и Ветчинкин?

Исследование Гомана хорошо известно. Межорбитальным перелетам посвящена глава IV его книги [1] (есть русский перевод [2]). Цандер, насколько я знаю, свое исследование не опубликовал (см., например, [3-4]). Но его научные интересы лежали именно в области космических полетов, поэтому неудивительно, что он мог независимо прийти к тем же выводам, что и Гоман. Сложнее с Ветчинкиным.

Владимир Петрович Ветчинкин большую часть своей научной жизни посвятил аэро и гидродинамике. Он занимался теорией гребного и самолетного винтов, теорией полета самолетов и ракет в атмосфере и даже приложился к созданию ветрогенератора электроэнергии. Каких-либо печатных работ в области космических полетов (за пределами атмосферы) я у него не нашел. Даже в сборнике трудов пионеров ракетной техники [5] есть всего три работы Ветчинкина, и все по аэродинамике. Но в том же сборнике в качестве приложения помещена статья Т.М. Мелькумова, которую я воспроизвожу ниже. В ней затрагивается просветительская деятельность Ветчинкина на примере его публичных лекций 31 октября и 2 ноября 1924 в Политехническом музее. В архиве музея Н.Е. Жуковского сохранились диапозитивы (слайды), подготовленные автором для этих лекций. Они воспроизведены в книге, правда, с низким качеством. На слайд №12 следует обратить внимание:



На нем узнаем знакомый эллипс, касающийся начальной и целевой орбиты в точках перицентра и апоцентра, т.е. тот самый гомановский эллипс. Но, как сказано выше, книга Гомана вышла в Германии в 1925 году, а лекцию Ветчинкин прочитал годом ранее - в 1924. Следовательно, о работе Гомана он не знал и либо сам пришел к таким же выводам, либо заимствовал их у Цандера. Имеющиеся у меня в данный момент материалы не позволяют сказать, что было на самом деле.


------
1. Walter Hohmann. Die Erreichbarkeit der Himmelskörper. — Verlag Oldenbourg in München, 1925.
2. Хоманн В. Достижимость небесных тел // Исследования проблемы космонавтики. Пер. с нем. В. К. Абалакина. М. -
Ижевск. Изд-во РХД (Регулярная и хаотическая динамика). 2013. 188 с
3. Салахутдинов Г. М. Фридрих Артурович Цандер (К 100-летию со дня рождения). – М.: Знание, 1987. – 64 с, ил. – (Новое в жизни, науке, технике. Сер. «Космонавтика, астрономия»; № 3).
4. Поляхова Е.Н., Королев В.С. Развитие идеи Ф.А.Цандера о космическом полете с солнечным парусом // XII Всероссийский съезд по фундаментальным проблемам теоретической и прикладной механики. Сборник трудов. В 4-х томах. Том. 1. Общая и прикладная механика. - Уфа: Башкирский государственный университет. 2019.
5. Пионеры ракетной техники: Ветчинкин, Глушко, Королев, Тихонравов: избранные труды 1929-1945 гг. - М.: Наука, 1972. 796 с.


 
Смотрим пресс-конференцию ESO, на которой представили первое изображение чёрной дыры в центе Галактики. Да, в рабочее время, но не в ущерб работе!

Рассказываю школьным учителям, что такое аберрация света. Вот так прямо от релятивистского закона сложения скоростей. Для примера разбираю не самую сложную задачу регионального этапа всероссийской олимпиады школьников по астрономии 2022 г.


 
25 января. Ленты соцсетей забиты татьянами и студентами. Потому что "все знают", что "в Татьянин день открыли Московский университет". Но если заняться невиданным для среднего россиянина делом - подумать, то легко понять, что дата эта ни к Татьяне, ни к университету отношения не имеет. Для желающих объясняю.

Календарь - это некий достаточно удобный способ согласовать между собою большую, например, год, и малую, например, сутки, единицы измерения времени. Сами единицы имеют изначально астрономическое происхождение, т.е. это циклы, которые фиксируются с помощью наблюдения явлений на небе. В основе календарного года лежит тропический год - период обращения Земли вокруг Солнца по отношению к точке весеннего равноденствия. Вопрос о том, почему именно тропический, а не, скажем, сидерический год, сам по себе интересен, но здесь я его не рассматриваю. Астрономическая основа суток (точнее, солнечных суток) - средний период обращения Земли вокруг своей оси относительно Солнца.

Если эти две единицы положить в основу календаря, то "датой" какого-либо события будет служить угловое расстояние Земли на орбите от точки весеннего равноденствия в тот момент, когда событие произошло - эта величина называется долготой. Когда Земля сделает один оборот вокруг Солнца и достигнет точки с той же долготой, можно утверждать, что с момента события прошел год. Точно также "временем" события служит угловое расстояние центра "среднего" диска Солнца от точки его нижней кульминации.

Но такой календарь неудобен, потому что год не содержит целого числа суток: тропический год равен 365,2422 средних солнечных суток. Поэтому придумали множество способов совместить несовместимое. Все достигаются одним приемом - в календарном году всегда целое число суток, но не одно и то же. Чередование лет разной длительности подбирается таким образом, чтобы в среднем за много лет средняя продолжительность календарного года была как можно ближе к тропическому.

Сейчас употребляются в основном два вида календарей: юлианский и григорианский, причем первый только наиболее ортодоксальными православными конфессиями. В юлианском календаре средний год имеет длительность 365,25 суток, а в григорианском 365,2425. Видно, что оба года в среднем длиннее тропического, но григорианский намного ближе к нему. Иначе говоря, если вы зафиксируете какое-то событие идеальной меркой - долготой Земли в орбите - и запомните, какая дата была на вашем календаре, то по прошествии многих лет (или многих сотен лет) обнаружите, что при той же самой долготе на календаре будет уже другая дата. Причем, с юлианским календарем ошибка в сутки наберется уже через 128 лет, а вот в григорианском только через 3333. Напомню, что речь идет о средней длительности календарного года. Ошибка в сутки и даже больше в ту или иную сторону будет проявляться каждый год просто за счет округления до целого и неодинакового числа дней в разных календарных годах.

Теперь перейдем к Татьяне и университету. Днем смерти Татьяны Римской считается 12 января 226 года. Тут нужно непременно спросить: по какому календарю? Очевидно, по юлианскому, которым тогда пользовались христианские церкви. Когда отмечать годовщину её смерти? Можно было бы вновь взять юлианский календарь и отмечать каждый год 12 января. Но так как в быту у нас применяется сейчас календарь григорианский, то, прибавив 13 дней, все и получают 25 января. Однако, я же говорил, что юлианский год длиннее тропического, поэтому ныне 12 января Земля будет не в том месте своей орбиты, где она была в день смерти Татьяны, и даже сильно не в том, а когда она будет в том, на календаре окажется другая дата. А вот ежели считать годами григорианскими, то ошибки еще не будет, ибо между тем событием и нашем временем прошло меньше 3 тыс. лет. Проблема лишь в том, что в III в. григорианский календарь еще не придумали. Но никто не мешает нам экстраполировать его в прошлое. Календари эти отличаются не только средней длительностью года, но и имеют сдвиг по датам. В момент введения календаря в 1582 году этот сдвиг был установлен Папой Григорием XIII в 10 суток. И каждые 100 лет (с некоторыми исключениями) он увеличивается на сутки. А если мы продолжим календарь в прошлое, то разница, очевидно, будет уменьшаться, и в III в. окажется равной нулю! На самом деле, это тоже не случайно, но речь опять не об этом.

Оказывается, что если бы в год смерти Татьяны существовал григорианский календарь, на нем была бы та же самая дата, что и на юлианском - 12 января. И так как средняя продолжительность григорианского года очень мало отличается от тропического, то и в 2022 году при той же долготе Земли на орбите, что и в день смерти Татьяны, на календаре будет то же число - 12 января. Поэтому, если Татьянин день - это именно годовщина смерти Татьяны Римской (а не какая-то случайно назначенная дата), то отмечать его следует именно 12 января. Я намеренно говорю "отмечать", а не "праздновать", потому что праздновать убийство, на мой взгляд, не очень хорошо.

А университет? Во-первых, Московский университет не был открыт в Татьянин день. И даже указ императрицы о создании университета был подписан в другой день. 12 января 1755 г. Елизавета Петровна высочайше утвердила проект об учреждении Московского университета, представленный ей "Действительным Камергером и кавалером Шуваловым", а указ подписала только 24 января. Опять нужно спросить: по какому календарю? Конечно, по юлианскому, потому что таковой использовался тогда в России. И 12 числа в России отмечался Татьянин день. Но мы уже знаем, что юлианский календарь неточный, и в 1755 году в эту дату Земля была в другой точке орбиты.

Когда же нам праздновать день студента, если под этим днем понимать дату утверждения проекта создания Московского университета? Достаточно посмотреть на более точный григорианский календарь! Благо, в некоторых странах Европы в XVIII в. он уже действовал. Какая дата была на календаре француза или испанца в день утверждения проекта? Правильно, 23 января. Вот в эту дату и следует поздравлять студентов с тем, что они вообще смогли оказаться таковыми.

Все это я рассказываю вам не для того, чтобы запретить что-то праздновать 25 января. Во-первых, у меня нет полномочий что-либо запрещать. Во-вторых, я считаю, что каждый человек может праздновать что пожелает в любой удобный для него день: 12, 23, 25 или даже 31 января. Просто, если уж вы даете праздникам какие-то названия, то не плохо было бы знать, откуда такие названия проистекают.
Разбирая архивы, нашел запись фрагмента (окончания) лекции К.В. Холшевникова в ижевской школе №91 12 ноября 2012 года. В те дни в Ижевске проходила научная конференция по звездной динамике, и мы пригласили профессора выступить перед школьниками.
 

Тема: красота и польза астрономии.



Еще немного персоналий. В свое время меня очень интересовала задача регулязации уравнений движения небесных тел, т.е. такая замена переменных, при которой при соударении тел не возникает бесконечных величин в уравнениях и их решениях: вспомните, что по закону Ньютона сила тяготения обратно пропорциональна квадрату расстояния, и если расстояние стремится к нулю, то сила... Так вот, подходящая замена времени на другую переменную решает эту проблему. Замечу, что именно путем регуляризации Карл Сундман в 1912 году получил формальное решение задачи 3-х тел в виде сходящегося всюда ряда.
 
После Сундмана существенный вклад в развитие методики регуляризации внес сотрудник Института теоретической астрономии АН СССР Владимир Фёдорович Мячин. К сожалению, его работы по этой теме опубликованы только в "Бюллетене Института теоретической астрономии" и поэтому мало кому известны.
 
А совсем недавно я узнал, что Владимир Фёдорович ослеп в детстве и заканчивал школу, университет, а потом и занимался научной работой в непроницаемой тьме!
 
Некоторые биографические сведения об этом человеке можно найти по ссылке.

 
Вот это 1982 год, №11, с. 45.



Юрий Васильевич Батраков - известный ученый, специалист по небесной механике. Труды его в основном по теории движения ИСЗ, малых планет. Занимался эффектом динамического трения в звездных системах. И я был знаком с ним лично. Поэтому говорить такие глупости, как "мы приближаемся к созвездию Стрельца" он не мог. Видимо, это тот случай, когда "ученый изнасиловал журналиста".

Я даже предполагаю, о чем на самом деле говорил Батраков. Он рассказывал о движении Солнца в Галактике, о том, что движение это происходит вокруг центра Галактики, расположенного в созвездии Стрельца. А вот откуда взялся абсурдный пробег в 24 световых года - не могу предположить (радиус орбиты Солнца около 26 тыс. св. лет, и за 5 млрд лет существования оно облетело Галактику не менее 20 раз. Сами считайте, какой тут пробег).

Не только "Техника-молодежи" впаривала советскому юношеству и девушковстсву псевдонаучную хрень. Заливка мозгов начиналась раньше - с младшего школьного возраста. Вот эту статью из "Юного техника", 1984, №5, я запомнил в школе, в 6-м классе, и долгое время написанному верил. Кратко: двое учёных - cотрудник Ростовского государственного университета, доктор физико-математических наук А. Сучков и сотрудник Института космофизических исследований и аэрономии Якутского филиала Сибирского отделения АН СССР Р. Салимзибаров - утверждают, что Юпитер скоро и неизбежно станет звездой. А статью написал целый к.ф.-м.н. И. Пустыльник.

Прочитайте, она очень интересная!



Требуется помощь зала. Хочу отредактировать и выложить на всеобщее обозрение одну старую книжку по астрономии, которая давно уже в public domain. Там есть многочисленные примеры вычислений, выполненные, как было принято в те времена, с логарифмами. 
 
Вопрос такой: оставить эти вычисления как есть, с пространными пояснениями принятых тогда обозначений и приемов, либо осовременивать до конца - убрать логарифмы и записать в привычной нам форме?
Постоянно то тут, то там встречаю объяснение сезонов на планете: "ось вращения наклонена к плоскости орбиты". Так ведь она у всех планет Солнечно системы наклонена! У Венеры вот почти на 90 градусов. И что там с сезонами на Венере?

А сказать "не перпендикулярна" вместо "наклонена" - так это ж вторую извилину иметь надо!

Что делать специалисту в какой-то области знаний, если он желает ознакомиться с положением дел в другой области? Читать оригинальные статьи - не выход, потому что, во-первых, он там мало что поймет, во-вторых, такие статьи посвящены мелким частным вопросам. 

В таком случае на помощь всегда приходили обзорные компилятивные работы, которые давали срез знаний по некоторой теме на данный момент без глубокого погружения в детали. В то же время такие обзоры содержали обширный список литературы, из которой недостающие детали можно почерпнуть. В СССР был целый институт - ВИНИТИ - который издавал сборники "Итоги науки и техники", как раз такими обзорами и являющиеся.

А сейчас? Обзорные стати, бывает, публикуются в журналах, они помещаются в ArXiv. Но как узнать о них? Если не следить за такими журналами и ArXiv'ом ежедневно, то можно и пропустить. К счастью, работу по слежению добровольно взял на себя С.Б. Попов, периодически издающий "обзор второго уровня". В очередном ноябрьском выпуске я нашел две интересных для меня работы.

Во-первых, это Плутон. Еще в школе я читал книгу А. Уайта "Планета Плутон", очень похожую на обзоры ВИНИТИ. С тех пор прошло 40 лет, а Плутон изучался не только дистанционно, но и на месте космическим аппаратом. Интересно почитать, какой прогресс достигнут за это время.

Во-вторых, совсем недавно меня потянуло разобраться с историей открытия и метаморфозами представлений о звездных ассоциациях. Они, между прочим, упоминаются даже в школьных учебниках астрономии, только, почему-то, по-разному у разных авторов. И если исторической литературы о них предостаточно, то о современном взгляде лично я не знал. Но теперь буду благодаря очередному подробному обзору.

Коллеги! Есть ли у кого-нибудь журнал "Земля и Вселенная", №2 за 1978 год? Там на стр. 24-29 статья А.А. Михайлова о прецессии. И интернете есть скан (он один, но на разных сайтах выложен), где часть страниц отсутствует.

Мне нравится читать старые книги по астрономии. С высоты современных знаний интересно посмотреть на то время, когда эти знания не были еще получены, или получались прямо на глазах авторов той эпохи. В "Курсе практической астрофизики" Б.А. Воронцова-Вельяминова, изданном в 1940 году, нашел такие слова:

"Другой наблюдаемый факт ставит нас перед лицом либо совершенно нового физического явления, либо перед возможностью выяснить наиболее общие свойства пространства и времени, быть может, более сложные, чем принятые в классической физике. Не исключена еще окончательно и возможность того, что причина факта кроется в известном уже физическом явлении, усиленном благодаря грандиозности масштабов, которые здесь замешаны. Под упомянутым фактом мы имеем в виду значительные смещения спектральных линий к красному концу в спектрах далеких звездных систем, так называемых спиральных туманностей. Эти смещения в спектре, эквивалентные перемещению материальных масс со скоростями, достигающим 19000 км/сек, нельзя приписать упомянутому выше эффекту Эйнштейна1, тем более, что эти смещения правильно возрастают с увеличением расстояния от нас до туманностей. Для объяснения этой загадки, пока еще с сомнительным успехом, было выдвинуто немало теорий. Большинство из них основывается на принципе относительности, добавляя к нему некоторые произвольные постулаты. Так или иначе, но мимо этой проблемы не может пройти безучастно ни один современный физик. Очень возможно, что эта проблема затрагивает самые основные положения физической науки".
 
Учебник писался в 1935-1937 гг. Уже открыт закон Хаббла. Еще раньше опубликованы модели расширяющейся Вселенной Александра Фридмана и Жоржа Леметра. Но вопрос о причинах красного смещения до сих пор является дискуссионным.


1 Гравитационное красное смещение.

Итак, решение задачи из предыдущего поста таково.

Для определения радиуса звезды используется закон излучения Стефана-Больцмана. Но этот закон дает нам полную мощность излучения звезды во всем диапазоне длин волн. В то же время в условии задачи приведена визуальная абсолютная звездная величина, которая учитывает только ту часть спектра, которая воспринимается человеческим глазом, да еще и адаптированная к спектральной чувствительности глаза. И если для звезд типа Солнца большая часть энергии излучается в этом диапазоне (странно, да? ;)), то для звезды с температурой фотосферы 21000K изрядная доля энергии будет излучаться в более коротковолновом диапазоне, нежели видимый свет. Поэтому для корректного применения формулы (2) (см. задачу) надо использовать не визуальные звездные величины Солнца и β Центавра, а так называемые болометрические, учитывающие излучение во всем спектре.

Болометрическую абсолютную величину Солнца 4,75 можно найти, например, в Википедии. Для β Центавра её придется вычислить по визуальной с помощью болометрической поправки. Теоретическое определение такой поправки не так просто и выполняется на основе модели атмосферы звезды. Поэтому поправка будет зависеть не только от температуры, но и от класса светимости. График такой поправки для звезд классов O3-M8 главной последовательности можно взять в работе [1]:


Для T=21000 получаем lg(T)=4,3, после чего по графику находим поправку BC=-2,1, а затем и болометрическую абсолютную звездную величину:



После этого применяем формулу (2):



После чего формула (1) дает радиус звезды:



Это уже гораздо ближе к ответу из задачника. Различие в 0,5 зв. величины вызвано неточностью чтения болометрической поправки с графика, а так же тем, что Воронцов-Вельяминов использовал несколько другу аппроксимацию этой поправки и более точную температуру фотосферы Солнца.




1. Lang, Kenneth R. Astrophysical Data. I. Planets and Stars. Springer-Verlag Berlin Heidelberg New York (1992).

Профиль

waspagv: (Default)
DCS Foyle

March 2025

M T W T F S S
     12
3456789
10111213141516
17181920212223
242526272829 30
31      

Syndicate

RSS Atom

Style Credit

Expand Cut Tags

No cut tags
Page generated 04/07/2025 13:29
Powered by Dreamwidth Studios