§ 165. Пространственные скорости звезд и движение Солнечной системы

Если известно собственное движение звезды m в секундах дуги за год (см. § 91) и расстояние до нее r в парсеках, то не трудно вычислить проекцию пространственной скорости звезды на картинную плоскость. Эта проекция называется тангенциальной скоростью V_t и вычисляется по формуле

(12.3)

Чтобы найти пространственную скорость V звезды, необходимо знать ее лучевую скорость V_r , которая определяется по доплеровскому смещению линий в спектре звезды (§ 107). Поскольку V_r и V_t взаимно перпендикулярны, пространственная скорость звезды равна

(12.4)

Знание собственных движений и лучевых скоростей звезд позволяет судить о движениях звезд относительно Солнца, которое вместе с окружающими его планетами также движется в пространстве. Поэтому наблюдаемые движения звезд складываются из двух частей, из которых одна является следствием движения Солнца, а другая — индивидуальным движением звезды.

Чтобы судить о движениях звезд, следует найти скорость движения Солнца и исключить ее из наблюдаемых скоростей движения звезд.

Определим величину и направление скорости Солнца в пространстве. Та точка на небесной сфере, к которой направлен вектор скорости Солнца, называется солнечным апексом, а противоположная ей точка — антиапексом. Чтобы пояснить принцип, на основании которого находят положение солнечного апекса, предположим, что все звезды, кроме Солнца, неподвижны. В этом случае наблюдаемые собственные движения и лучевые скорости звезд будут вызваны только перемещением Солнца, происходящим со скоростью V_¤ (рис. 224). Рассмотрим какую-нибудь звезду S, направление на которую составляет угол q с вектором V_¤. Поскольку мы предположили, что все звезды неподвижны, то кажущееся относительно Солнца движение звезды S должно иметь скорость, равную по величине и противоположную по направлению скорости Солнца, т.е. — V_¤. Эта кажущаяся скорость имеет две составляющие: одну — вдоль луча зрения, соответствующую лучевой скорости звезды

Vr = V¤cos q,

(12.5)

и другую, — лежащую в картинной плоскости, соответствующую собственному движению звезды,

Vt = V¤ sin q.

(12.6)

Учитывая зависимость величины этих проекций от угла q, получим, что вследствие движения Солнца в пространстве лучевые скорости всех звезд, находящихся в направлении движения Солнца, должны казаться меньше действительных на величину V_¤. У звезд, находящихся в противоположном направлении, наоборот, скорости должны казаться больше на ту же величину. Лучевые скорости звезд, находящихся в направлении, перпендикулярном к направлению движения Солнца, не изменяются. Зато у них будут собственные движения, направленные к антиапексу и по величине равные углу, под которым с расстояния звезды виден вектор V_¤. По мере приближения к апексу и антиапексу величина этого собственного движения уменьшается пропорционально sin q, вплоть до нуля.

В целом создается впечатление, что все звезды как бы убегают в направлении к антиапексу.

Таким образом, в случае, когда движется только Солнце, величину и направление скорости его движения можно найти двумя способами: 1) измерив лучевые скорости звезд, находящихся в разных направлениях, найти то направление, где лучевая скорость имеет наибольшее отрицательное значение; в этом направлении и находится апекс; скорость движения Солнца в направлении апекса равна найденной максимальной лучевой скорости; 2) измерив собственные движения звезд, найти на небесной сфере общую точку, к которой все они направлены: противоположная ей точка будет апексом; для определения величины скорости Солнца надо сначала перевести угловое перемещение в линейную скорость, для чего необходимо выбрать звезду с известным расстоянием, а затем найти V_¤ по формуле (12.6).

Если теперь допустить, что не только Солнце, но и все другие звезды имеют индивидуальные движения, то задача усложнится. Однако, рассматривая в данной области неба большое количество звезд, можно считать, что в среднем индивидуальные их движения должны скомпенсировать друг друга. Поэтому средние значения собственных движений и лучевых скоростей для большого числа звезд должны обнаруживать те же закономерности, что и отдельные звезды в только что рассмотренном случае движения одного только Солнца.

Описанным методом установлено, что апекс Солнечной системы находится в созвездии Геркулеса и имеет прямое восхождение a = 270° и склонение d = +30°. В этом направлении Солнце движется со скоростью около 20 км/сек.