Полярная звезда и её компаньоны в представлении художника[4]Полярная звезда — самая яркая звезда в созвездии Малой Медведицы (вверху справа)Типичный звёздный след Северного полушария с Полярной звездой в центреВид на Полярную звезду в небольшой телескоп. Полярная B отделена от главной звезды, Полярной A, 18 угловыми секундами
В настоящую эпоху Полярная звезда находится менее чем в 1° от Северного полюса мира и поэтому описывает вокруг него очень маленький круг за 24 часа, можно сказать, почти неподвижна при суточном вращении звёздного неба. Она очень удобна для ориентирования: направление на неё практически совпадает с направлением на север, а высота над горизонтом равна географической широте места наблюдения в любое время года в северном полушарии. Из-за прецессии земной оси положение Северного полюса мира меняется; ближе всего Полярная звезда подойдёт к нему в период с 7 марта по 13 июня 2102 года — на расстояние 0°27′34,1″, то есть склонение составит 89°32′25,9″, после чего начнётся её удаление от полюса: к середине 2260 года расстояние от неё до полюса превысит 1°. В Южном полушарии нет аналогичной яркой полярной звезды, и ориентиром Южного полюса мира служит вертикальная ось созвездия Южного Креста (четыре яркие звезды).
Полярная звезда является ярчайшей и ближайшей к Земле пульсирующей переменной звездой типа дельты Цефея с периодом 3,97 дня. Но Полярная звезда — очень нестандартная цефеида: её пульсации затухают за время порядка десятков лет: в 1900 году изменение яркости составляло 8 %, а в 2005 году — приблизительно 2 %. Кроме того, за это время звезда стала в среднем на 15 % ярче.
Полярная звезда на самом деле представляет собой тройную звёздную систему.
В центре системы располагается сверхгигант Полярная А (α UMi A), превосходящий наше Солнце по яркости в 2000 раз и по массе в 6,4—6,7 раза. Её радиус равен 47—50 радиусам Солнца, возраст — 55—65 млн лет[3].
Полярная B (α UMi B) массой 1,39 массы Солнца расположена на приличном удалении от Полярной А (2400 а. е.), поэтому разглядеть её в телескопы нетрудно даже с поверхности Земли.
В 1929 году при изучении спектра Полярной было выявлено, что она является близкой двойной звездой, что было предсказано более ранними наблюдениями в 1924 году (J. H. Moore, E. A. Kholodovsky)[5]. Компаньон Полярной A находится в 18,5 а. е. Полярная P (α UMi P или α UMi a, или α UMi Ab) обладает массой, составляющей 1,26 массы Солнца, и располагается к сверхгиганту настолько близко, что сфотографировать её удалось только телескопу «Хаббл», и то лишь после перенастройки оборудования. Приблизительный период обращения Полярной P вокруг α UMi A составляет около 30 лет[6].
Полярная B обращается вокруг двойной системы α UMi A/P за примерно 100 000 лет. Есть ещё два далёких компонента, получивших обозначение α UMi C и α UMi D, но это гораздо более старые звёзды, и физически они не связаны с Полярной звездой[7].
Возможно, Полярная и окружающие её звёзды являются остатком бедного рассеянного скопления. Согласно данным Hipparcos и 2MASS, лучевые скорости ближайших соседей Полярной почти совпадают, а среднее их расстояние до Земли близко к 100 парсекам. Согласно диаграмме «цвет — звёздная величина», построенной для скопления, возраст его членов (и Полярной в том числе) находится в районе 80 млн лет[8].
В 1990 году европейский космический телескоп Hipparcos оценил расстояние до Полярной звезды в 434 световых года. В 2006 году появилась оценка в 330 св. лет (Turner), а в 2008 году — в 359 св. лет (Usenko, Klochkova)[9]. Измерения 2012 года с высоким разрешением, выполненные группой астрономов под руководством Дэвида Тёрнера (David Turner) из канадского университета Святой Марии, использовавших данные российского шестиметрового телескопа БТА, дают оценку расстояния до Полярной звезды в 99 парсеков (323 световых года)[10]. В 2018 году по данным, полученным космическим телескопом Gaia, оценили расстояние до неё в 447 ± 1,6 световых лет[3].
Расстояние до Полярной звезды, как до типовой цефеиды, используется для оценки расстояний до других галактик. Уточнение этого расстояния может привести и к уточнению шкалы расстояний, и к ограничению значения массы тёмной материи[11].
История
Смещение северного полюса на фоне неподвижного неба эпохи J2000.0 при лунно-солнечной и планетной прецессии[12] для интервала времени от 48000 г. до н. э. до 52000 г. н. э.[13]. Что показывает соответствующую смену полярных звёзд.Большой Ковш и Малая Медведица относительно Полярной звездыДвижение вокруг Полярной звезды
Из-за лунно-солнечной прецессии земная ось движется по кругу с радиусом 23° со скоростью около 1,397° за 100 лет. Поэтому в разное время ближайшими к полюсу мира становятся разные звёзды. Так, в додинастический периодДревнего Египта (5000 лет назад) такой звездой была Тубан (альфа Дракона), в начале нашей эры ярких звёзд у полюса мира вообще не было. Через 2000 лет ближайшей к полюсу мира станет Альраи (гамма Цефея), а через 12 000 лет — Вега (альфа Лиры).
Тем не менее слово «Полярная» является именем собственным и относится именно к α Малой Медведицы.
Список полярных звёзд полного прецессионного круга[14]
13 000-е годы до н. э. — полярная звезда — Вега, α Лиры.
9000-е годы до н. э. — полярные звезды (поочерёдно) π и ηГеркулеса.
8000—7000-е годы до н. э. — полярная звезда — τГеркулеса.
5500—3500 годы до н. э. — полярная звезда — ιДракона.
3500—1500 годы до н. э. — полярная звезда — Тубан, α Дракона.
1—1100 годы — полярной звезды нет. Но есть «стражи» — Кохаб, β Малой Медведицы, и Полярная, α Малой Медведицы; полюс примерно на одинаковом расстоянии от α и β Малой Медведицы.
1100—3200 годы — Полярной звездой является α Малой Медведицы. На минимальном расстоянии от Северного полюса (0°27′34,1″) она пройдёт 23 апреля 2102 года.
13 000-е годы — полярной опять станет Вега, αЛиры.
Ориентация на местности по Полярной звезде
Как найти Полярную звезду
Вращение неба по мере того, как Полярная звезда растёт
Полярная звезда всегда находится над северной точкой горизонта в Северном полушарии, что позволяет использовать её для ориентации на местности.
Чтобы найти Полярную звезду, надо сначала найти характерную конфигурацию из семи ярких звёзд — созвездие Большой Медведицы, напоминающее ковш (астеризмБольшой Ковш), затем через две звезды (Дубхе и Мерак) «стенки» ковша, противоположной «ручке», мысленно провести линию, на которой отложить пять раз расстояние между этими крайними звёздами. Примерно в конце этой линии находится Полярная звезда. Направление на Полярную звезду совпадает с направлением на север, а её высота над горизонтом совпадает с широтой наблюдателя.
