Кіріспе

Түнгі аспанда бір-біріне қатысты қозғалмайтын сияқты көрінетін астрономиялық денелер.

Астрономияда, тұрақты жұлдыздар (stellae fixae) – негізінен жұлдыздар, түнгі аспанның қараңғы фонында бір-біріне қатысты қозғалмайтын нүктелер ретінде көрінеді. Бұл планеталар мен кометалар сияқты, жалаңаш көзбен көрінетін денелердің, олардың «тұрақты» жұлдыздар арасында баяу қозғалатындығынан өзгеше. Тұрақты жұлдыздарға Күннен басқа, жалаңаш көзбен көрінетін барлық жұлдыздар, сондай-ақ Құс жолының әлсіз жолағы кіреді. Жалаңаш көзбен қарағанда жұлдыз сияқты көрінетін сирек кездесетін тұмандықтар мен басқа да терең ғарыш нысандары да тұрақты жұлдыздардың қатарына жатады. Оңтайлы жағдайларда жалаңаш көзбен шамамен 6000 жұлдызды көруге болады. «Тұрақты жұлдыздар» термині шартты, себебі бұл аспан денелері бір-біріне немесе Жерге қатысты шын мәнінде тұрақты емес. Олардың Жерден өте алыс қашықтықта орналасқандығына байланысты, олардың аспандағы қозғалысы соншалықты баяу, олардың өзара орналасуындағы өзгеріс адамның өмірлік уақыт шегінде көзге көрінбейді, тек телескоптар сияқты заманауи құралдармен мұқият зерттегенде ғана олардың нақты қозғалысын анықтауға болады. Сондықтан, оларды навигация, жұлдыздар картасын жасау, астрометрия және уақытты өлшеу сияқты көптеген мақсаттар үшін «тұрақты» деп санауға болады. Астрономиялық нысандардың үлкен қашықтығына байланысты, адам көзі сыртқы ғарыш кеңістігінің үш өлшемді тереңдігін қабылдауға қабілетсіз, сондықтан барлық жұлдыздар мен басқа да күннен тыс нысандар бақылаушыдан бірдей қашықтықта екендігі сезіледі. Тарихи тұрғыдан алғанда, тұрақты жұлдыздардың алып аспан сферасына немесе аспан күмбезіне бекітілгендігіне сенеді, ол Жердің айналасында тәулігіне бір рет айналады, сондықтан ол бүкіл ғаламның шегі ретінде белгілі «тұрақты жұлдыздар сферасы» деп аталды. Көп ғасырлар бойы «тұрақты жұлдыздар» термині осы аспан сферасымен синоним болды. Көптеген мәдениеттердегі адамдар ең жарқын жұлдыздардың шоқжұлдыздар құрайтынына сенді, олар аспандағы тұрақты суреттер ретінде көрінеді, сонымен қатар олар да тұрақты деп есептелді. Осылайша, шоқжұлдыздар ғасырлар бойы, және бүгінге дейін, кәсіби және әуесқой астрономдар үшін түнгі аспанның аймақтарын анықтау үшін қолданылып келеді.

Пифагоршылдар

Пифагор философтары ғаламның құрылымы туралы түрлі пікірлерде болды, бірақ олардың әрқайсысы оның шекарасы ретінде бекітілген жұлдыздар шарларын қамтыды. Филолаос (б.з.б. 5 ғасыр) адам көзіне көрінбейтін орталық оты бар ғаламды ұсынды. Барлық планеталар, Ай, Күн және жұлдыздар осы орталық оттың айналасында айналды, ал Жер оған ең жақын объекті болып табылады. Осы жүйеде жұлдыздар ең шеткі шардың ішінде орналасқан, ол да айналады, бірақ қозғалысты байқау үшін тым баяу. Жұлдыздардың қозғалысы Жердің орталық оттың айналасындағы қозғалысымен түсіндіріледі. Бұл от шары Жерді айналып, жұлдыздарды бірге алып жүрді. Жұлдыздардың от шарында өз орнында бекітілгендігі туралы сенім Платонның барлық жүйесі үшін маңызды болды. Жұлдыздардың орналасуы барлық аспан денелерінің қозғалысына сілтеме ретінде қолданылды және Платонның бірнеше қозғалысқа ие планеталар туралы идеяларын жасау үшін пайдаланылды.

Книдтік Евдокс

Евдокс, Платонның шәкірті, шамамен б.з.д. 400 жылы дүниеге келген. Математик және астроном болған ол, математикалық біліміне сүйене отырып, планета жүйелерінің ең ерте сфералық орталық модельдерінің бірін жасады. Евдокс моделі геоцентрлік болды, яғни Жер жүйенің ортасындағы қозғалмайтын шар, ал оның айналасында 27 айналмалы шар орналасқан.

Аристотель

384-322 жылдар аралығында өмір сүрген Аристотель. Алайда, жұлдыздардың қозғалысын естімейміз, олардың жылжуын да көзбен байқамаймыз. Сондықтан Аристотель, олар планеталардың әсерінен жылса да, өздігінен қозгалмайды деген қорытындыға келеді. Ол "Аспан туралы" еңбегінде: "Егер жұлдыз денелері ауа немесе от ішінде қозалса, олардың тудыратын шуы аса зор болар еді, содан кейін ол дыбыс жердегі заттарды қиратар еді" деп жазған. Оның жұлдыздардың сыртқы күшпен жылтырылатыны, бірақ өздігінен қозгалмайтыны туралы теориясы бір кезде кеңінен қабылданып, танылды.

Самостық Аристарх

Аристарх (б.з.д. 3-шы ғасыр), ерте гелиоцентрлік ғаламды ұсынды, бұл кейін Коперник еңбегіне ықпал етті. Оның моделінде Күн, толығымен қозғалмайтын, орталыққа орналастырылған, ал барлық планеталар оның айналасында айналысқан. Планеталардан тыс тұрақты жұлдыздар шарлары болды, олар да қозғалмады. Бұл жүйе гелиоцентрлік болумен қатар тағы екі ерекше идеяны ұсынды: Жер күнделікті айналып, күндіз бен түнді және басқа аспан денелерінің көрінетін қозғалысын жасады, ал оның шекарасындағы тұрақты жұлдыздар шарлары ортасынан өте алыс болды. Бұл үлкен қашықтық жұлдыздарда параллакс байқалмауы себебімен болжауға тиіс болды, оны тек жерорталық модельмен немесе өлшеуге тым кішкентай параллакс тудыратын орасан зор қашықтықтармен ғана түсіндіруге болады.

Клавдий Птолемей

Птолемей, 100-175 жылдары, көп ұзамай ол "Планеталық гипотезалар" атты еңбегін жазды. Ол жұлдыздардың аспан шарларында бекітілгенін, бірақ шарлардың өзі бекітілмегенін мәлімдеді. Осы шарлардың айналысы жыл бойында жұлдыз шоқтарының айқын қозғалысын түсіндіреді. Оның моделі, оның беделіне қарамастан, кеңінен қабылданбады; ол жеті еркін өнер жүйесін – тривиумды (грамматика, логика және риторика) және квадривиумды (арифметика, геометрия, музыка, астрономия) – ерте ортағасырлық білім беруді құрылымдау үшін алғашқы дамытушылардың бірі болды. Дегенмен, оның жалғыз энциклопедиялық еңбегі "Филология мен Меркурийдің некесі" (De nuptiis Philologiae et Mercurii), сондай-ақ "Жеті пән туралы" (De septem disciplinis) ерте орта ғасырларда оқылды, оқытылды және түсіндірілді, сонымен қатар ерте орта ғасырлар мен Каролингтік қайта жаралу кезеңінде Еуропалық білім беруді қалыптастырды.

Николай Коперник

Николай Коперник (1473-1543) әрбір аспан денесін алып жүретін шарлардан құралған гелиоцентрлік жүйе жасады. Оның моделіндегі соңғы шар – тұрақты жұлдыздардың шары болды. Бұл соңғы шар оның ғаламындағы ең үлкені еді, диаметрі және қалыңдығы бойынша. Бұл жұлдыздар шары толығымен бекітілген, себебі жұлдыздар сфераға орналасқан, ал сфераның өзі қозғалмайды. Бұл сфера тұрақты Жерді айналып, аспандағы жұлдыздардың көрінетін қозғалысын тудырады. Ол өз Рудольфин кестелерінің математикалық негізі болды, бұл кестелер планеталардың орналасуын анықтауға мүмкіндік беретін жұмыс кестелері еді. Бұл Коперниктің жақтасы болған және телескопты алғаш қолданған Галилео Галилейдің қолдауымен расталды.

Скандинавия мифологиясында

Ғаламды түсіндіруге жасалған тыраштар аспандағы нысандарды бақылаудан туындайды. Әр түрлі мәдениеттер тарихи түрде олар көріп отырған нәрселерге жауап беру үшін әртүрлі әңгімелерді пайдаланған. Скандинавия мифологиясы Солтүстік Еуропадан, қазіргі Скандинавия аймағы мен Солтүстік Германияның географиялық орналасуынан бастау алады. Скандинавия мифологиясы орта ғасырлардағы Солтүстік неміс тілі – Ежелгі скандинав тілінен шыққан әңгімелер мен мифтерден тұрады. Ежелгі скандинав тілінде жазылған қолжазба мәтіндерінің сериясы бар, онда ауызша дәстүрден жазылған [35] өлеңдер жинағы сақталған. Тарихшылар арасында өлеңдердің нақты жазылған мерзімі туралы әртүрлі пікірлер бар, бірақ мәтіндердің шамамен жазылған уақыты он үшінші ғасырдың басына жатады. Дегенмен, әңгімелерді ауызша жеткізу дәстүрі мәтіндік қолжазбалар мен баспа нұсқалары пайда болғанға дейін көп бұрын қалыптасқан. Сақталған мәтіндердің ішінде мифологиялық Один құдайы туралы айтылады. Ғалымдар Әсир құдайларының жаратылыс мифін айтады, онда әңгімедегі телеологияда кездесетін бекітілген жұлдыздар туралы идея бар. Падарик Колум "Одиннің балалары" атты кітап жазды, онда Эсир құдайлары Емир есімді алыпты қалай жойғанын және оның денесінен әлемді қалай жаратқанын, отты Муспельхаймнан немесе бекітілген жұлдыздардан алып, оларды аспанның күмбезіне, яғни Емирдің бас сүйегіне бекіткенін егжей-тегжейлі сипаттайды. Скандинавиялық жаратылыс мифы – жұлдыздарды жерден тысқары сфераға бекітілгендей қарастырған бірнеше мысалдың бірі. Кейінгі ғылыми әдебиеттерде осы идеяның бір нұсқасы он жетінші ғасырға дейін сақталған астрономиялық ойлар көрсетілген.

"Төбелі жұлдыздар" белгіленбеген

Астрономдар мен табиғат зерттеушілері бұрын аспандағы жарықтарды екі топқа бөліп қарастырған. Бір топтағы жұлдыздар тұрақты жұлдыздар деп аталды, олар көтеріліп, батылатын сияқты көрінеді, бірақ уақыт өте келе салыстырмалы орналасуын өзгертпейді және Жердің орбиталық қозғалысынан туындайтын көрінетін позицияның өзгеруі – жұлдыздық параллакс байқалмайды. Екінші топқа "саяқы жұлдыздар" деп аталатын планеталар кірді. (Күн мен Ай кейде жұлдыз бен планета ретінде де қарастырылған.) Планеталар қысқа мерзім ішінде (апталар мен айлар) өз орнын өзгертіп, алға да, артқа да қозғалу сияқты көрінеді. Олар әрқашан батыс астрономдары зодиак деп атаған жұлдыздар белдеуінің ішінде қозғалады. Планеталарды тұрақты жұлдыздардан олардың жарқырауы арқылы да ажыратуға болады, себебі жұлдыздар жыпылықтайды, ал планеталар тұрақты жарықпен сәулеленеді. Дегенмен, тұрақты жұлдыздар да параллакс көрсетеді, оны жақын жұлдыздардың қашықтығын анықтау үшін пайдалануға болады. Бұл қозғалыс көрінетін құбылыс ғана, себебі қозғалатын – Жер. Бұл әсерді 19 ғасырға дейін дәл өлшеу мүмкін болмады, бірақ 1670 жылдан бастап Жан Пикар, Роберт Хук, Джон Фламстид сияқты астрономдар жұлдыздардың қозғалысын байқап, өлшеуге тырысты. Бұл қозғалыстар өте шағын, бірақ маңызды айырмашылықтарды көрсетті. Алайда, тұрақты жұлдыздардың да нақты қозғалысы бар. Бұл қозғалысты жұлдызға тиесілі галактиканың қозғалысының, галактиканың айналуының және жұлдыздың өзінің галактика ішіндегі ерекше қозғалысының жиынтығы ретінде қарастыруға болады. Жұлдыз жүйелерінде немесе жұлдыз шоғырларындағы жеке компоненттер бір-біріне қатысты сызықты емес қозғалыс жасайды. Күн жүйесіне қатысты жұлдыздың нақты қозғалысы радиалды және өзіндік қозғалысқа бөлінеді, ал "өзіндік қозғалыс" – көру сызығына перпендикуляр компонент. 1718 жылы Эдмунд Галлей тұрақты жұлдыздардың өзіндік қозғалысы бар екенін жариялады. Ежелгі мәдениеттер өзіндік қозғалысты байқамады, себебі оны анықтау үшін ұзақ мерзімді дәл өлшеулер қажет. Шындығында, бүгінгі түн аспаны мыңдаған жылдар бұрынғыдан көп өзгешеленбеді, сондықтан кейбір қазіргі жұлдыздарды алғаш рет бабылдықтар атаған. Өзіндік қозғалысты анықтаудың әдеттегі әдісі – жұлдыздың позициясын өте алыс, бір-біріне қатысты қозғалыс жасамаған объектілердің шектеулі жиынтығына қатысты өлшеу. Тағы бір тәсіл – жұлдыздың әр түрлі уақыттағы суреттерін алыстағы нысандардың кең фонымен салыстыру. Өзіндік қозғалысы ең үлкен жұлдыз – Барнард жұлдызы. "Тұрақты жұлдыз" термині техникалық тұрғыдан дұрыс болмаса да, тарихи контексте және классикалық механикада қолданылады. Байқаулар үшін анықтамалық нүкте ретінде қолданылғанда, оларды көбінесе фондық жұлдыздар немесе жай ғана алыстағы жұлдыздар деп атайды, олардың "тұрақты" екендігі туралы интуитивті түсінік сақталады.

Классикалық механикада

Ньютон заманында тұрақты жұлдыздар абсолюттік кеңістікке қатысты қозгалмайтын анықтамалық жүйе ретінде қарастырылды. Басқа анықтамалық жүйелерде, тұрақты жұлдыздарға қатысты қозгалмайтын немесе осы жұлдыздарға қатысты біркелкі қозғалыста Ньютонның қозғалыс заңдары орындалатыны болжалды. Ал тұрақты жұлдыздарға қатысты үдемелі жүйелерде, әсіресе тұрақты жұлдыздарға қатысты айналатын жүйелерде, қозғалыс заңдары ең қарапайым түрінде орындалмай, ойдан шығарылған күштерді қосу арқылы толықтырылуы керек еді, мысалы, Кориолис күші және центробектік күш. Біз қазір білеміз, тұрақты жұлдыздар тұрақты емес. Инерциялық анықтамалық жүйелер тұғынамы енді тұрақты жұлдыздарға немесе абсолюттік кеңістікке байланысты емес. Керісінше, инерциялық жүйені анықтау физика заңдарының қарапайымдығына, әсіресе ойдан шығарылған күштердің болмауына негізделген. Инерция заңы Галилей координаталар жүйесі үшін орындалады, ол тұрақты жұлдыздардың қозгалмайтынына қатысты гипотетикалық жүйе болып табылады.