К вопросу о датировке сверхновой Тельца

М. Маркабов

кандидат физико-математических наук
г. Москва

Традиционно считается, что сверхновая Тельца, которая образовала Крабовидную туманность, наблюдалась в 1054 году. Средневековыми астрономами западной Европы эта вспышка почему-то не была замечена, и наше знание о дате вспышки основано исключительно на китайских и японских хрониках, которые были приведены к летоисчислению по нашей эре средневековыми хронистами.

С целью проверки традиционной календарной даты наблюдения Сверхновой Тельца, возникает необходимость провести независимую датировку возраста остатка астрономическими методами. К наиболее универсальным и общими методами, которые применяются на практике относятся оценка возраста по модели Седова, оценка по линейной модели разлета вещества и оценка по характеристическому возрасту пульсара, если он наблюдается в данном остатке.
Определение характеристического возраста пульсара всегда дает только оценку сверху, поскольку неизвестен его начальный период вращения, модель Седова требует условия выполнения адиабатичности и поэтому не применима к молодым остаткам. И наоборот, линейная модель разлета вещества хорошо применима для молодых остатков, к которым и относится Крабовидная туманность. Для этого остатка имеется множество старых фотопластинок, поэтому, зная видимый угловой размер объекта на небе и скорость расширения, выраженную в угловых единицах в год, можно получить возраст остатка по линейной модели разлета. Модель линейного разлета лишена методологических затруднений связанных с точностью определения входных параметров, и их точность определяется только разрешающей способностью фотопластины или ПЗС-матрицы.

С помощью линейной модели были получено, что остаток в Крабовидной туманности несколько моложе своего исторического возраста. Проанализировав движение волокон туманности, Бааде датировал вспышку сверхновой Тельца 1182 годом (1942), через четверть века Тримбл уточнила дату 1140±15 (1968) [1], которая была подтверждена еще через 30 лет Нугентом 1130±16 (1998), [2]. Поскольку астрономы не сомневались в правильности исторической даты вспышки, для объяснения наблюдающегося несовпадения, была предложена модель аномального ускорения волокон туманности под действием быстро вращающейся нейтронной звезды.
Однако, эта модель очень трудно проверяема, и одна из фундаментальных сложностей проверки заключается в том, что в настоящее время мы не можем морфологически выделить некий класс остатков, в которых наблюдается аномальный разлет вещества как в Крабовидной туманности.

Мы не будем полемизировать на тему методов датировки остатков, области их применимости и точности. Наша задача состоит в проверке правильности традиционной датировки вспышки сверхновой Тельца 1054 годом на основании имеющихся летописных описаний из китайских и японских хроник [3].

(1) AD 1054 Jul 4 to 1055 Jul [China]
"Emperor Renzong of Song, 1st year of the Zhihe reign period, 5th month, day jichou [26]. A guest star emerged several cun southeast of TIANGUAN. After more than a year it gradually disappeared."
[Song Shi Tianwen zhi] ch. 56

(2) AD 1054 Jun/Jul to 1056 Apr 6 [China]
"Emperor Renzong of Song, 1st year of the Jiayou reign period, 3rd month, day xinwei [8]. The Director of the Astronomical Bureau reported, 'Since the 5th month (Jun 9-Jul 7)' of the 1st year of the Zhine reign period, a guest star has appeared in the east at dawn guarding TIANGUAN. At this point it has disapeared."
[Song Shi Renzong zhi] ch. 12

(3) AD 1054 Jun 9 [China]
"Emperor Renzong of Song, 1st year of the Jiayou reign period, 3rd month.The Director of the Astronomical Bureau said, 'The guest star disappeared; this is an omen that guest star will leave. Initially, in the 5th month of the 1st year of the Zhine reign period, [the guest star] appeared at dawn in the east guarding TIANGUAN. During daylight it appeared like Venus, with horned rays radiating in all directions. It has reddish-white color and lasted for a total of 23 days.'"
[Song huiyao jigao] ch. 52

(4) AD 1054 Jun 10 [China]
"Emperor Renzong of Song, 1st year of the Zhihe reign period, 5th month, day yichou [26]. A guest star appeared several cun southeast of TIANGUAN."
[Xu Zizhi tongjian chang bian] ch. 176

(5) AD 1054 May 10 - Jun 8 [Japan]
"2nd year of the Tengi reign period, 4th month. After the middle decade (i.e. after day 20) of the month, at the hour of chou (LT = 1-3h), a guest star emerged in the space of ZUI [LM 20] and SHEN [LM 21]. It appeared fuzzy in the east at the TUANGUAN star. It was large as Jupiter."
[Mei getsu ki] ch. 23

(6) AD 1054 May 10 - Jun 8 [Japan]
"2nd year of the Tengi reign period, 4th month. A large guest star emerged in the asterisms of ZUI [LM 20] and SHEN [LM 21]. It was seen in the east fuzzy at the TUANGUAN star. It was large as Jupiter."
[Ichidai yoki] tei

Примечание.
"TUANGUAN" означает "небесный барьер" (celestial pass), которому соответствует ζ Тельца,
ZUI - 20-ая лунная стоянка, расположенная над звездой λ Ориона,
SHEN - 21-ая лунная стоянка, расположенная над звездой ζ Ориона.

Прежде всего, обратим внимание на календарные даты, которыми датированы хроники. Как правило, в популярной литературе обычно приводится дата первого наблюдения вспышки 4 июля, например [4]. Однако, согласно хроникам №3 и №4 из нашего списка, следует, что звезду-гостью уже наблюдали примерно месяцем раньше, 9-10 июня. Японские хроники №5 и №6 указывают еще более раннюю дату, середину - конец мая.
В ситуации с такой разницей в датах обнаружения вспышки нет ничего удивительного. Звезда появилась в созвездии Тельца, как раз там, где в мае месяце находится Солнце. Несмотря на высокий видимый блеск, заметить сверхновую рядом с Солнцем было не так просто, поэтому во всех источниках календарная дата разная.
В китайской хронике №3 утверждается, что звезда-гостья наблюдалась подобно Венере в дневное время в течение 23 дней. Наблюдать Венеру днем невооруженным глазом можно, когда ее блеск максимален и планета находится в максимальной элонгации. Ничего удивительного в этом нет. Дело в том, что средний блеск дневного неба с квадрата со стороной 1' составляет примерно -5.2^m, однако это значение получено при усреднении по всему небу. Очевидно, что в окрестности Солнца небо ярче этой величины, а на удалении слабее. В максимальной элонгации, Венера удаляется от Солнца настолько, что яркость неба существенно снижается. Уменьшение яркости в 2.5 раза соответствует одной звездной величине, поэтому, в максимуме блеска Венера становится ярче фона -4.5^m>-4.2^m и ее можно заметить на дневном небе.
9-10 июня сверхновая находилась всего в 13 градусах к западу от Солнца и согласно хронике №3 была замечена наблюдателями днем. Поскольку фон неба рядом с Солнцем ярче среднего, то для возможности наблюдения объекта требуется более высокое значение его блеска, и кроме того, для уверенного наблюдения, необходимо прибавить к яркости фона по меньшей мере половину звездной величины. Следовательно, получаем минимальный возможный блеск для наблюдения сверхновой при таких условиях около -5.5^m÷-6^m. Чуть меньшее значение блеска (-4.7^m) приводит Ю.П. Псковский [5], однако эта оценка основана на дате вспышки 4 июля, когда Солнце удалилось от сверхновой на 35 градусов.

Рис. 1. Кривая блеска сверхновой Тельца согласно оценке Ю.П. Псковского.

Теперь обратимся к самым первым по времени японским наблюдениям №5 и №6, из которых узнаем, что звезда-гостья появилась на востоке рядом со звездами β ζ Тельца и была ярче Юпитера. На рис.2 показано движение Солнца по эклиптике в период с 10 мая по 8 июня.

Рис. 2. Движение Солнца с 10 мая по 8 июня 1054 года.

10 мая, сверхновая находится в восточной элонгации и имеет вечернюю видимость. Вначале этого временного интервала она может наблюдаться вместе с другими планетами, из которых нас интересуют только самые яркие Венера и Юпитер, рис. 3. Оценка блеска могла быть сделана только в это время, поскольку уже с 18 мая, Солнце сближается со сверхновой и она перестает наблюдаться вместе с остальными планетами на вечернем небе.

Рис. 3. Взаимное положение Солнца, сверхновой и планет 10 мая 1054 года.

По окончании первой декады июня, звезда выходит из-за Солнца и становится видимой утром на востоке, рис.4. Китайские наблюдатели, написавшие хроники №1-№4 видели звезду только на востоке, поскольку заметили вспышку относительно поздно. Но авторы японских хроник обнаружили ее месяцем раньше, поэтому наблюдали звезду сначала вечером на западе, а потом утром на востоке. Провести описанную оценку блеска можно было только при вечерней видимости сверхновой, поскольку, когда она имела утреннюю видимость, Юпитер с Венерой находились под горизонтом и не могли наблюдаться вместе с ней. Итак, при утренней видимости сверхновой, провести оценку блеска по Юпитеру было нельзя. Поэтому, информация из японских хроник №5 и №6, где говорится об утренней видимости сверхновой не совсем точна. Однако, календарная дата и описанная оценка блеска относительно Юпитера позволяют установить общую картину.

Дата появления сверхновой в начале мая независимо подтверждается ее наблюдением в это время в Армении и Северной Америке. Приведем выдержку из главы книги Ю.П. Псковского [5].

Помимо возможного наблюдения сверхновой в Армении теперь известны и другие обстоятельства, связанные со вспышкой 1054 г., достоверность которых условна, но они правдоподобно сочетаются с другими более надежными сведениями о сверхновой. Речь идет о наскальных изображениях в Северной Аризонской пустыне.
В 1955 г. американский археолог У. Миллер обнаружил там два наскальных рисунка необычного для североамериканских индейцев сюжета, а именно, содержащие мотивы лунного серпа и кружка, изображающего звезду. Один рисунок был в пещере на Белой Столовой горе и изображал молодую Луну с яркой звездой на нижнем роге, а другой, расположенный недалеко от первого на стене каньона Навахо, изображал серп, обращенный в другую сторону, т. е. старую Луну и звезду под ней.
Остатки углей в очагах пещер и стиль рисунков в этой части каньона показали, что пещеры были населены индейцами Навахо в X-XII веках. Скорее всего, индейцы были поражены эффектным зрелищем соседства Луны и сверхновой 1054 г. Сближения Луны со звездами, находящимися на ее пути, происходят ровно через 27 суток и 7 часов. В частности, старая Луна сблизилась со сверхновой 4 июня 1054 г., вскоре после того, как она стала наблюдаться в Китае. Этому событию и мог соответствовать рисунок в каньоне. Что касается рисунка в пещере, то Миллер и астрономы, исследовавшие его позже, полагали, что древний художник перевернул изображение Луны, как это случается и с нашими современниками, если их врасплох просят нарисовать Луну по памяти. Для подтверждения этого факта были даже устроены массовые эксперименты, подтвердившие невнимательность наших современников. Ну и как уже повелось, снова обвинили в ошибках древнего художника.
Но сопоставление с современным человеком не выдерживает критики. Луна в эпоху неолита и долгое время после него была для людей не простым ночным светильником, но и часами и календарем. По положению на небе и по фазе можно было судить о времени суток и дне в лунном месяце. Перепутать молодую Луну со старой было еще невозможно потому, что молодая Луна видна вечером, а старая под утро.
Было изображено, очевидно, два различных события. И.С. Астапович обратил внимание на то, что рисунок в пещере, считавшийся перевернутым, соответствует как раз майскому сближению Луны со сверхновой, которое видели 10 мая в Армении при заходе. Но в Аризоне этот момент был днем, Луна стала видна только через несколько часов, когда стала садиться. Расстояние между ней и звездой при заходе в Аризоне было уже не минимальным.

Из процитированного нами фрагмента можно сделать два вывода. Во-первых, подтверждаются японские хроники, описывающие наблюдение сверхновой в мае, а во-вторых, в момент наблюдения сверхновая была явно ярче Венеры, поскольку наблюдаемые встречи серпа Луны с Венерой, Юпитером, Марсом, Сатурном или с яркой звездой, расположенной на эклиптике происходят часто и представляют собой вполне заурядное событие.

Рис. 4. Взаимное положение Солнца, сверхновой и планет 9 июня 1054 года.

Поэтому, оценка блеска, сообщаемая нам хрониками №5 и №6 вызывает некоторое удивление. Как было показано выше, блеск сверхновой в это время составлял не меньше -5.5^m, Венера имела блеск -3.92^m, а Юпитер всего -1.75^m. Через полчаса после захода Солнца, верхний край солнечного диска уходит под горизонт на 6 градусов и заканчиваются гражданские сумерки. В этих условиях легко видимы яркие Венера и Юпитер, которые находятся на высоте примерно 30 и 60 градусов над горизонтом. Видимый блеск планет составляет соответственно -3.4^m, -1.45^m при зенитном поглощении 0.26^m. В это время, сверхновая находилась примерно в 7 градусах над горизонтом и с учетом атмосферного поглощения в 2.1^m звездные величины, ее блеск был около -3.4^m. То есть, сверхновая и Венера имели примерно одинаковую яркость.
Заметим, что проведенное сравнение блесков всех трех объектов было нами определено на момент, когда Юпитер мог гарантированно наблюдаться. Но к моменту появления на темнеющем небе Юпитера, Венера уже наблюдалась вместе со сверхновой, поэтому сравнение блеска именно с Юпитером, который может быть виден днем только во время солнечных затмений c очень высокой фазой, выглядит непонятным.

Возникает естественный вопрос, почему в летописи приводится сравнение сверхновой относительно Юпитера, а не Венеры, которая имела в момент наблюдения видимый блеск примерно такой же как сверхновая? Этому можно дать единственное разумное объяснение. Если не сомневаться в достоверности хроник №5 и №6, мы должны заключить, что на самом деле, конфигурация планет во время описанных в хронике наблюдений была совсем другой, и традиционная дата вспышки 1054 года является ошибочной.

На основании имеющихся летописных данных невозможно установить дату появления сверхновой, но оценка блеска относительно планет может забраковать часть решений, в число которых попадает традиционное. Однако, нам ничего не мешает независимо проверить соответствует ли летописным описаниям датировка вспышки 1152 годом, которая была предложена Г.В. Носовским и А.Т. Фоменко [6].

В ту же самую календарную дату, 10 мая 1152 года, сверхновая находилась в 16 градусах к востоку от Солнца и имела вечернюю видимость, рис. 5.

Рис. 5. Расположение Солнца, планет и сверхновой

После сверхновой, самым ярким объектом на небе являлся Юпитер, который находился в противоположной стороне неба, в Весах и имел видимый блеск -2.1^m при величине поглощения в зените 0.26^m. Видимый блеск сверхновой превышал блеск Юпитера как минимум на одну звездную величину. Теперь все становится понятно: блеск сверхновой описан относительно Юпитера потому, что оба объекта могли быть наблюдаемы одновременно, а Венера, расположенная к западу от Солнца, была во время наблюдения невидима. Видимый блеск сверхновой превышал блеск Юпитера более чем на звездную величину, однако, объекты были расположены в разных сторонах горизонта и для сравнения их блеска было необходимо переводить взгляд, что может приводить к большей ошибке в оценке блеска. Кроме того, яркость фона в восточном секторе неба где находился Юпитер была темнее, а в западной, где была расположена сверхновая и не так давно зашло Солнце, значительно светлее. Существенная разница в яркости фона и удаленное положение Юпитера от сверхновой привели к значительной ошибке в оценке блеска. С другой стороны, сравнивать блеск сверхновой кроме Юпитера было не с чем. В варианте решения 1054 года Юпитер и сверхновая находились друг от друга примерно в 45 градусах, поэтому условия для сравнения их блеска были гораздо более простыми - оба объекта могли быть видимы одновременно без перевода взгляда, а разница в яркости неба была существенно меньше.

Через месяц, появляется первое китайское сообщение о сверхновой. 9-10 июня она находилась примерно в 13 градусах к западу от Солнца и в 31 градусе к востоку от Венеры, которая имела блеск -4.54^m. При таком значении блеска и элонгации в 44 градуса, Венера могла наблюдаться днем невооруженным глазом. О дневной видимости сверхновой нам известно, из летописи, следовательно, кроме Солнца, на дневном небе могли наблюдаться сразу два объекта - сверхновая и Венера. Поэтому, фраза из хроники №3 "during daylight it appeared like Venus" имеет смысл "была видима днем вместе с Венерой", рис. 6.

Рис. 6. Расположение Солнца, сверхновой и Венеры 10 июня 1152 года.

Возможность дневной видимости Венеры в решении 1054 довольно сомнительна, поскольку в этом варианте блеск Венеры меньше на половину звездной величины чем в решении 1152 года и составляет -3.97^m, как меньше на 4 градуса величина элонгации.

Заключение
1) Традиционный вариант датировки вспышки сверхновой Тельца 1054 годом не соответствует данным, которые следуют из хроник №5 и №6.
2) Вариант датировки вспышки сверхновой 1152 годом, предлагаемый авторами [6] не противоречит данным хроник №3, №5 и №6.

Литература

1) V. Trimble Motions and Structure of the filamentary envelope of the Crab Nebula. // AJ, vol.7, №7, sep 1968
2) R.L. Nugent New Measurements of the Expansion of the Crab Nebula. // Publications of the Astronomical Society of the Pacific, 110: 831-836, 1998.
3) Zhentao Xu, David W. Pankenier, Ya. Jiang East Asian Archeoastronomy. Historical records of Astronomical Observations of China, Japan and Corea, Gordon and Breach Science Publishers, 2000.
4) И.С. Шкловский Звезды, их рождение, жизнь и смерть // Москва, Наука, 1965.
5) Ю.П. Псковский Новые и сверхновые звезды.
6) Г.В. Носовский, А.Т. Фоменко Царь славян.