Небесная сфера. Особые точки небесной сферы. Небесные координаты
Небесной сферой
называют сферу любого радиуса с центром в произвольной точке пространства. За ее
центр, в зависимости от постановки задачи, принимают глаз наблюдателя, центр
инструмента, центр Земли и т. д.
1. Основные точки, линии и круги на небесной сфере
Рассмотрим основные точки и круги небесной сферы, за центр О которой принят глаз
наблюдателя.
Через центр небесной сферы проведем отвесную линию.
Отвесная линия ZOZ' — прямая, проходящая через центр небесной сферы и точку наблюдения на поверхности Земли.
Точки пересечения отвесной линии со сферой называют зенитом Z и надиром ZI
Плоскость SWNE, проходящую через центр небесной сферы перпендикулярно отвесной линии, называют плоскостью истинного горизонта. Эта плоскость, пересекаясь с небесной сферой, образует окружность большого круга, называемую истинным горизонтом. Истинный горизонт делит поверхность небесной сферы на две полусферы: видимую полусферу с вершиной в зените и невидимую полусферу с вершиной в надире. Истинный горизонт не совпадает с видимым горизонтом вследствие приподнятости точки наблюдения над земной поверхностью, а также по причине искривления лучей света в атмосфере.
Прямую POP', проходящую через центр небесной сферы параллельно земной оси, называют осью мира. Ось мира — воображаемая линия, проходящая через центр мира, вокруг которой происходит вращение небесной сферы.
Точки пересечения оси мира с небесной сферой называются полюсами мира. Один из полюсов, соответственно полюсам Земли, называют северным полюсом мира и обозначают P, другой — южным полюсом мира P/.
Плоскость QWQ'E, проходящую через центр небесной сферы перпендикулярно оси мира, называют плоскостью небесного экватора. Эта плоскость, пересекаясь с небесной сферой, образует окружность большого круга — небесный экватор, который делит небесную сферу на северную и южную части.
Круги на небесной сфера
Небесный меридиан PZQSP'Z'Q'N, — большой круг небесной сферы, плоскость которого проходит через отвесную линию и ось мира. Небесный меридиан делит поверхность небесной сферы на два полушария: восточное полушарие и западное полушарие.
Ось мира делит меридиан наблюдателя на полуденную и полуночную части.
Меридиан наблюдателя пересекается с истинным горизонтом в двух точках: точке севера N и точке юга S.
Прямую NOS, соединяющую точки севера и юга, называют полуденной линией.
Круги небесной сферы ZMZ', проходящие через точки зенита и надира, называют вертикалами
2. Суточное вращение небесной сферы и связанные с ним понятия
Ось мира пересекается с поверхностью небесной сферы в двух точках — северном полюсе мира и южном полюсе мира. Вращение небесной сферы происходит против часовой стрелки вокруг северного полюса, если смотреть на небесную сферу изнутри.
Круг склонения светила — большой круг небесной сферы, проходящий через полюсы мира и данное светило.
Суточная параллель — малый круг небесной сферы, плоскость которого параллельна плоскости небесного экватора. Видимые суточные движения светил совершаются по суточным параллелям. Круги склонения и суточные параллели образуют на небесной сфере координатную сетку, задающую экваториальные координаты светила.
Небесный экватор пересекается с математическим горизонтом в точке востока и точке запада. Точкой востока называется та, в которой точки вращающейся небесной сферы восходят из-за горизонта.
Полукруг высоты, проходящий через точку востока, называется первым вертикалом.
Точки: юг, восток, зенит. Круги: горизонт, первый вертикал, меридиан. эклиптика, экватор, планеты, звёзды, созвездия.
Мы видим постоянное суточное движение небесной сферы, вызванное вращением Земли вокруг своей оси, она называется "ось мира", это т.н. первичное движение. В процессе этого движения планеты восходят, заходят, кульминируют.
P,P' — полюсы мира, T,T' — точки равноденствия, E,C — точки солнцестояния, П,П' — полюса эклиптики, PP' — ось мира, ПП' — ось эклиптики, ATQT'- небесный экватор, ETCT' — эклиптика
Эклиптика — большой круг небесной сферы, по которому происходит видимое годовое движение Солнца. Плоскость эклиптики пересекается с плоскостью небесного экватора под углом ε = 23°26'.
Две точки, в которых эклиптика пересекается с небесным экватором, называются точками равноденствия.
В точке весеннего равноденствия Солнце в своём годовом движении переходит из южного полушария небесной сферы в северное;
В точке осеннего равноденствия — из северного полушария в южное.
Две точки эклиптики, отстоящие от точек равноденствия на 90° и тем самым максимально удалённые от небесного экватора, называются точками солнцестояния.
Точка летнего солнцестояния находится в северном полушарии, точка зимнего солнцестояния — в южном полушарии.
Эти четыре точки обозначаются символами зодиака, соответствующими созвездиям, в которых они находились во времена Гиппарха (в результате предварения равноденствий эти точки сместились и ныне находятся в других созвездиях): весеннего равноденствия — знаком Овна (♈), осеннего равноденствия — знаком Весов (♎), зимнего солнцестояния — знаком Козерога (♑), летнего солнцестояния — знаком Рака (♋)
Ось эклиптики — диаметр небесной сферы, перпендикулярный плоскости эклиптики. Ось эклиптики пересекается с поверхностью небесной сферы в двух точках — северном полюсе эклиптики, лежащем в северном полушарии, и южном полюсе эклиптики, лежащем в южном полушарии.
Круг эклиптической широты, или просто круг широты — большой полукруг небесной сферы, проходящий через полюсы эклиптики.
4. Небесные координаты
Положение светил на небесной сфере определяют при помощи сферических координатных систем. В мореходной астрономии применяются горизонтальная и экваториальная системы координат.
Чтобы сделать звездную карту, изображающую созвездия на плоскости, надо знать координаты звезд. Координаты звезд относительно горизонта, например высота, хотя и наглядны, но непригодны для составления карт, так как все время меняются. Надо использовать такую систему координат, которая вращалась бы вместе со звездным небом. Такой системой координат является экваториальная система, она так названа потому, что экватор служит той плоскостью, от которой и в которой производятся отсчеты координат. В этой системе одной координатой является угловое расстояние светила от небесного экватора, называемое склонением δ. Оно меняется в пределах ±90° и считается положительным к северу от экватора и отрицательным к югу. Склонение аналогично географической широте.
Вторая координата аналогична географической долготе и называется прямым восхождением α.
Прямое восхождение светила М измеряется углом между плоскостями больших кругов, один проходит через полюсы мира и данное светило М, а другой - через полюсы мира и точку весеннего равноденствия, лежащую на экваторе. Так назвали эту точку потому, что в ней Солнце бывает (на небесной сфере) весной 20-21 марта, когда день равен ночи.
Прямое восхождение отсчитывают по дуге небесного экватора от точки весеннего равноденствия против хода часовой стрелки, если смотреть с северного полюса. Оно изменяется в пределах от 0 до 360° и называется прямым восхождением потому, что звезды, расположенные на небесном экваторе, восходят (и заходят) в порядке возрастания их прямого восхождения. Поскольку это явление связано с вращением Земли, то прямое восхождение принято выражать не в градусах, а в единицах времени.
За 24 ч Земля (а нам кажется, что звезды) совершает один оборот - 360°.
Следовательно, 360° соответствуют 24 ч,
тогда 15°-1 ч,
1°-4 мин,
15'-1 мин,
15"-1 с.
Например, 90° составляют 6 ч, а 7 ч 18 мин - 109°30'.
В единицах времени прямое восхождение обозначается на координатной сетке звездных карт, атласов и глобусов.
Задача:
1. Прямые восхождения звезд 284˚15’17”, 17˚57’1” выразите в часах, минутах и
секундах времени.
2. Прямые восхождения звезд 3ч. 17мин. 9с., 19ч. 2мин. 39с., выразите в
градусной мере.
3. Для какой точки небесной сферы и прямое восхождение, и склонение равны нулю?
Контрольные вопросы:
1. Как называется точка пересечения оси мира с небесной сферой?
2. Как называют плоскость, проходящую через центр небесной сферы перпендикулярно отвесной линии.
3. Как называют точки пересечения отвесной линии со сферой.
4. Как называют большой круг небесной сферы, проходящий через полюсы мира, зенит и надир. .
5. Как называют прямую, проходящую через центр небесной сферы и точку наблюдения на поверхности.
6. Как называется система координат для определения положения светил на небесной сферу?
7. Как называются координаты в экваториальной системе координат?
8. Что такое эклиптика?
9. В каких точках пересекается небесный экватор с математическим горизонтом?
Домашнее задание:
Задачи:
1. Выразите 9 ч 15 мин
11 с в градусной мере.
2. Прямые восхождения звезд 191˚ 13’ 59” выразите в часах, минутах и секундах
времени.
3. Прямые восхождения звезд 21ч. 0мин 3с. выразите в градусной мере.
Подготовить карту подвижного звездного неба