Небесна сферае въображаема сфера с произволен радиус с център в произволна точка, върху чиято повърхност са нанесени позициите на осветителните тела, така както те са видими в небето в даден момент от дадена точка.
Небесната сфера се върти. Не е трудно да се провери това просто като се наблюдава промяната в положението на небесните тела спрямо наблюдателя или хоризонта. Ако насочите камерата към звездата на Малката мечка и отворите обектива за няколко часа, изображенията на звездите върху фотографската плака ще опишат дъги, чиито централни ъгли са еднакви (фиг. 17). Материал от сайта
Поради въртенето на небесната сфера, всяко светило се движи в малък кръг, чиято равнина е успоредна на равнината на екватора - дневен паралел. Както може да се види от фигура 18, дневният паралел може да пресича математическия хоризонт, но може и да не го пресича. Пресичането на хоризонта от светило се нарича изгрев, ако преминава в горната част на небесната сфера, и залязва, когато светилото преминава в долната част на небесната сфера. В случай, че дневният паралел, по който се движи светилото, не пресича хоризонта, светилото се нарича невъзходящили непосетителив зависимост от това къде се намира: винаги в горната или винаги в долната част на небесната сфера.
Точки и линии на небесната сфера - как да намерим алмукантарата, къде минава небесният екватор, кой е небесният меридиан.
Какво е небесната сфера
Небесна сфера- абстрактно понятие, въображаема сфера с безкрайно голям радиус, чийто център е наблюдателят. В този случай центърът на небесната сфера е, така да се каже, на нивото на очите на наблюдателя (с други думи, всичко, което виждате над главата си от хоризонт до хоризонт, е точно тази сфера). Но за по-лесно възприятие можем да приемем центъра на небесната сфера и центъра на Земята; в това няма грешка. Позициите на звездите, планетите, Слънцето и Луната са нанесени върху сферата в позицията, в която те са видими на небето в определен момент от дадена точка на местоположението на наблюдателя.
С други думи, въпреки че наблюдаваме положението на звездите на небесната сфера, ние, намирайки се на различни места на планетата, постоянно ще виждаме малко по-различна картина, знаейки принципите на „работа“ на небесната сфера, като гледаме нощното небе можем лесно да се ориентираме с помощта на проста технология. Познавайки гледката отгоре в точка А, ще я сравним с гледката на небето в точка Б и по отклоненията на познати ориентири ще можем да разберем къде точно се намираме в момента.
Хората отдавна са измислили редица инструменти, за да улеснят задачата ни. Ако навигирате в „земния“ глобус просто като използвате географска ширина и дължина, тогава цяла поредица от подобни елементи – точки и линии – също са предоставени за „небесния“ глобус – небесната сфера.
Небесната сфера и позицията на наблюдателя. Ако наблюдателят се движи, тогава цялата видима за него сфера ще се движи.
Елементи на небесната сфера
Небесната сфера има редица характерни точки, линии и кръгове; нека разгледаме основните елементи на небесната сфера.
Вертикален наблюдател
Вертикален наблюдател- права линия, минаваща през центъра на небесната сфера и съвпадаща с посоката на отвеса в точката на наблюдателя. Зенит- точката на пресичане на вертикала на наблюдателя с небесната сфера, разположена над главата на наблюдателя. Надир- точката на пресичане на вертикала на наблюдателя с небесната сфера, противоположна на зенита.
Истински хоризонт- голям кръг върху небесната сфера, чиято равнина е перпендикулярна на вертикала на наблюдателя. Истинският хоризонт разделя небесната сфера на две части: надхоризонтно полукълбо, в който се намира зенитът, и субхоризонтално полукълбо, в който се намира надирът.
Axis mundi (Земната ос)- права линия, около която се извършва видимото дневно въртене на небесната сфера. Оста на света е успоредна на оста на въртене на Земята, а за наблюдател, разположен на един от полюсите на Земята, тя съвпада с оста на въртене на Земята. Видимото дневно въртене на небесната сфера е отражение на действителното дневно въртене на Земята около нейната ос. Небесните полюси са точките на пресичане на оста на света с небесната сфера. Небесният полюс, разположен в района на съзвездието Малка мечка, се нарича Северен полюссвят, а противоположният полюс се нарича Южен полюс.
Голям кръг върху небесната сфера, чиято равнина е перпендикулярна на оста на света. Равнината на небесния екватор разделя небесната сфера на северно полукълбо, в който се намира Северният полюс, и южното полукълбо, където се намира Южният полюс.
Или меридианът на наблюдателя е голям кръг върху небесната сфера, минаващ през полюсите на света, зенит и надир. Тя съвпада с равнината на земния меридиан на наблюдателя и разделя небесната сфера на източенИ западното полукълбо.
Северни и южни точки- точката на пресичане на небесния меридиан с истинския хоризонт. Точката, която е най-близо до Северния полюс на света, се нарича северна точка на истинския хоризонт С, а точката, най-близка до Южния полюс на света, се нарича южна точка S. Точките на изток и запад са точките на пресечната точка на небесния екватор с истинския хоризонт.
Обедна линия- права линия в равнината на истинския хоризонт, свързваща точките на север и юг. Тази линия се нарича обедна, защото по обяд според местното истинско слънчево време сянката на вертикален полюс съвпада с тази линия, т.е. с истинския меридиан на дадена точка.
Пресечните точки на небесния меридиан с небесния екватор. Точката, която е най-близо до южната точка на хоризонта, се нарича южната точка на небесния екватор, а най-близката до северната точка на хоризонта точка е северната точка на небесния екватор.
Вертикала на светилото
Вертикала на светилото, или кръг на височината, - голям кръг на небесната сфера, преминаващ през зенита, надира и светилото. Първият вертикал е вертикалът, минаващ през точките на изток и запад.
Склонение кръг, или , е голям кръг на небесната сфера, преминаващ през полюсите на света и светилото.
Малък кръг върху небесната сфера, начертан през светило, успоредно на равнината на небесния екватор. Видимото ежедневно движение на светилата се извършва по дневни паралели.
Светила от Алмукантарат
Светила от Алмукантарат- малък кръг върху небесната сфера, начертан през светилото, успоредно на равнината на истинския хоризонт.
Всички горепосочени елементи на небесната сфера се използват активно за решаване на практически проблеми с ориентация в пространството и определяне на позицията на светилата. В зависимост от предназначението и условията на измерване се използват две различни системи сферични небесни координати.
В едната система светилото е ориентирано спрямо истинския хоризонт и се нарича тази система, а в другата спрямо небесния екватор и се нарича.
Във всяка от тези системи позицията на звездата върху небесната сфера се определя от две ъглови величини, точно както позицията на точките на повърхността на Земята се определя с помощта на географската ширина и дължина.
Съдържание на статията
НЕБЕСНА СФЕРА.Когато наблюдаваме небето, всички астрономически обекти изглеждат разположени върху куполообразна повърхност, в центъра на която се намира наблюдателят. Този въображаем купол образува горната половина на въображаема сфера, наречена "небесна сфера". Той играе основна роля при указване на позицията на астрономически обекти.
Оста на въртене на Земята е наклонена приблизително на 23,5° спрямо перпендикуляра на равнината на земната орбита (към равнината на еклиптиката). Пресечната точка на тази равнина с небесната сфера дава кръг - еклиптиката, видимият път на Слънцето за една година. Ориентацията на земната ос в пространството остава почти непроменена. Затова всяка година през юни, когато северният край на оста е наклонен към Слънцето, то се издига високо в небето в Северното полукълбо, където дните стават дълги, а нощите къси. Премествайки се на противоположната страна на орбитата през декември, Земята се оказва обърната към Слънцето от южното полукълбо, а на север дните стават къси, а нощите дълги. Cm. Също такаСЕЗОНИ.
Но под въздействието на слънчевата и лунната гравитация ориентацията на земната ос постепенно се променя. Основното движение на оста, причинено от влиянието на Слънцето и Луната върху екваториалната изпъкналост на Земята, се нарича прецесия. В резултат на прецесията земната ос се върти бавно около перпендикуляр на орбиталната равнина, описвайки конус с радиус 23,5° в продължение на 26 хиляди години. Поради тази причина след няколко века полюсът вече няма да е близо до Полярната звезда. В допълнение, оста на Земята претърпява малки трептения, наречени нутация, които са свързани с елиптичността на орбитите на Земята и Луната, както и с факта, че равнината на орбитата на Луната е леко наклонена спрямо равнината на земната орбита.
Както вече знаем, видът на небесната сфера се променя през нощта поради въртенето на Земята около оста си. Но дори и да наблюдавате небето по едно и също време през цялата година, видът му ще се промени поради въртенето на Земята около Слънцето. За пълна орбита от 360° Земята изисква прибл. 365 1/4 дни – приблизително един градус на ден. Между другото, ден, или по-точно слънчев ден, е времето, през което Земята се завърта веднъж около оста си спрямо Слънцето. Състои се от времето, необходимо на Земята да се завърти спрямо звездите („звезден ден“), плюс кратко време – около четири минути – необходимо за въртенето, за да компенсира орбиталното движение на Земята с един градус на ден. Така за една година ок. 365 1/4 слънчеви дни и прибл. 366 1/4 звезди.
Когато се наблюдават от определена точка на Земята, звездите, разположени близо до полюсите, или винаги са над хоризонта, или никога не се издигат над него. Всички останали звезди изгряват и залязват и всеки ден изгряването и залязването на всяка звезда става 4 минути по-рано от предишния ден. Някои звезди и съзвездия изгряват в небето през нощта през зимата - ние ги наричаме "зима", докато други са "лято".
Така външният вид на небесната сфера се определя от три пъти: времето от деня, свързано с въртенето на Земята; времето от годината, свързано с революцията около Слънцето; епоха, свързана с прецесия (въпреки че последният ефект едва ли се забелязва „на око“ дори след 100 години).
Координатни системи.
Има различни начини за указване на положението на обектите върху небесната сфера. Всеки от тях е подходящ за определен тип задача.
Алт-азимутална система.
За да се посочи позицията на обект в небето по отношение на земните обекти около наблюдателя, се използва „алт-азимут“ или „хоризонтална“ координатна система. Той показва ъгловото разстояние на обект над хоризонта, наречено „височина“, както и неговия „азимут“ - ъгловото разстояние по хоризонта от конвенционална точка до точка, разположена точно под обекта. В астрономията азимутът се измерва от точката юг на запад, а в геодезията и навигацията - от точката север на изток. Ето защо, преди да използвате азимут, трябва да разберете в коя система е посочен. Точката в небето точно над главата ви има височина 90° и се нарича "зенит", а точката, диаметрално противоположна на нея (под краката ви), се нарича "надир". За много проблеми е важен голям кръг от небесната сфера, наречен „небесен меридиан“; преминава през зенита, надира и полюсите на света и пресича хоризонта в точките на север и юг.
Екваториална система.
Поради въртенето на Земята, звездите постоянно се движат спрямо хоризонта и кардиналните точки, а координатите им в хоризонталната система се променят. Но за някои астрономически проблеми координатната система трябва да е независима от позицията на наблюдателя и времето от деня. Такава система се нарича "екваториална"; неговите координати наподобяват географски ширини и дължини. В него равнината на земния екватор, разширена до пресечната точка с небесната сфера, определя главния кръг - "небесния екватор". „Деклинацията“ на една звезда прилича на географската ширина и се измерва с нейното ъглово разстояние на север или юг от небесния екватор. Ако звездата се вижда точно в зенита, тогава географската ширина на мястото на наблюдение е равна на деклинацията на звездата. Географската дължина съответства на "правилното изкачване" на звездата. Измерва се на изток от точката на пресичане на еклиптиката с небесния екватор, която Слънцето минава през март, в деня на началото на пролетта в Северното полукълбо и есента в Южното. Тази важна за астрономията точка се нарича „първа точка на Овен” или „точка на пролетното равноденствие” и се обозначава със знака. Стойностите на ректасензия обикновено се дават в часове и минути, като се има предвид, че 24 часа са равни на 360°.
Екваториалната система се използва при наблюдение с телескопи. Телескопът е инсталиран така, че да може да се върти от изток на запад около ос, насочена към небесния полюс, като по този начин компенсира въртенето на Земята.
Други системи.
За някои цели се използват и други координатни системи на небесната сфера. Например, когато изучават движението на телата в Слънчевата система, те използват координатна система, чиято основна равнина е равнината на земната орбита. Структурата на Галактиката се изучава в координатна система, чиято основна равнина е екваториалната равнина на Галактиката, представена на небето от кръг, минаващ по Млечния път.
Сравнение на координатни системи.
Най-важните подробности за хоризонталната и екваториалната система са показани на фигурите. В таблицата тези системи са сравнени с географската координатна система.
| СРАВНЕНИЕ НА КООРДИНАТНИ СИСТЕМИ | |||
| Характеристика | Алт-азимутална система | Екваториална система | Географска система |
| Основен кръг | Хоризонт | Небесен екватор | Екватор |
| поляци | Зенит и надир | Северен и южен полюс на света | Северен и Южен полюс |
| Ъглово разстояние от основния кръг | Височина | Склонение | Географска ширина |
| Ъглово разстояние по основната окръжност | Азимут | Ректасцензия | Географска дължина |
| Референтна точка на главния кръг | Южна точка на хоризонта (по геодезия – северна точка) |
Точка на пролетното равноденствие | Пресечна точка с Гринуичкия меридиан |
Преход от една система към друга.
Често има нужда да се изчислят нейните екваториални координати от алт-азимуталните координати на звезда и обратно. За да направите това, е необходимо да знаете момента на наблюдение и позицията на наблюдателя на Земята. Математически проблемът се решава с помощта на сферичен триъгълник с върхове в зенита, северния небесен полюс и звездата X; той се нарича "астрономически триъгълник".
Ъгълът с върха на северния небесен полюс между меридиана на наблюдателя и посоката към някаква точка на небесната сфера се нарича "часов ъгъл" на тази точка; измерва се на запад от меридиана. Часовият ъгъл на пролетното равноденствие, изразен в часове, минути и секунди, се нарича „звездно време“ (Si. T. - звездно време) в точката на наблюдение. И тъй като правото изкачване на звезда също е полярният ъгъл между посоката към нея и точката на пролетното равноденствие, звездното време е равно на правилното изкачване на всички точки, лежащи на меридиана на наблюдателя.
По този начин часовият ъгъл на всяка точка от небесната сфера е равен на разликата между звездното време и нейното право изкачване:
Нека географската ширина на наблюдателя е й. Ако са дадени екваториалните координати на звездата аИ d, след това неговите хоризонтални координати АИ може да се изчисли по следните формули:
Можете също така да решите обратната задача: като използвате измерените стойности АИ ч, знаейки времето, изчислете аИ d. Склонение dизчислен директно от последната формула, след това изчислен от предпоследната Н, и от първото, ако е известно звездното време, то се изчислява а.
Представяне на небесната сфера.
В продължение на много векове учените са търсили най-добрите начини за представяне на небесната сфера за изследване или демонстрация. Бяха предложени два вида модели: двумерни и триизмерни.
Небесната сфера може да бъде изобразена на равнина по същия начин, както сферичната Земя се изобразява на картите. И в двата случая е необходимо да изберете система за геометрична проекция. Първият опит за представяне на части от небесната сфера в равнина са скални рисунки на звездни конфигурации в пещерите на древните хора. В наши дни има различни звездни карти, публикувани под формата на ръчно рисувани или фотографски звездни атласи, покриващи цялото небе.
Древните китайски и гръцки астрономи концептуализираха небесната сфера в модел, известен като "армилярна сфера". Състои се от метални кръгове или пръстени, свързани заедно, така че да показват най-важните кръгове на небесната сфера. В днешно време често се използват звездни глобуси, върху които са отбелязани позициите на звездите и главните кръгове на небесната сфера. Армиларните сфери и глобуси имат общ недостатък: позициите на звездите и означенията на кръговете са отбелязани от външната им, изпъкнала страна, която гледаме отвън, докато гледаме небето „отвътре“, а звездите ни изглеждат разположени на вдлъбнатата страна на небесната сфера. Това понякога води до объркване в посоките на движение на звездите и фигурите на съзвездията.
Най-реалистично представяне на небесната сфера осигурява планетариум. Оптичната проекция на звезди върху полусферичен екран отвътре ви позволява много точно да възпроизведете външния вид на небето и всички видове движения на осветителните тела върху него.
Лекция №2. Небесната сфера, нейните основни точки.
1. Хоризонтални и екваториални небесни координатни системи.
2. Ректасцензия. Деклинация на светилото.
3. Провеждане на вечерни астрономически наблюдения на звездното небе.
Небесна сфера. Основни точки, прави и окръжности на небесната сфера
Небесна сфера е сфера с произволен радиус с център в произволна точка в пространството. В зависимост от постановката на задачата за негов център се приема окото на наблюдателя, центърът на инструмента, центърът на Земята и т.н.
Нека разгледаме основните точки и кръгове на небесната сфера, чийто център се приема за окото на наблюдателя (фиг. 72). Нека начертаем отвес през центъра на небесната сфера. Пресечните точки на отвеса със сферата се наричат зенит Z и надир n.
ориз. 72.
Равнината, минаваща през центъра на небесната сфера перпендикулярно на отвеса, се наричаравнината на истинския хоризонт.
Тази равнина, пресичайки се с небесната сфера, образува голям кръг, наречен истински хоризонт. Последният разделя небесната сфера на две части: над хоризонта и под хоризонта.
Правата линия, минаваща през центъра на небесната сфера, успоредна на земната ос, се нарича ос на света. Точките на пресичане на оста на света с небесната сфера се наричат полюси на света. Единият от полюсите, съответстващ на полюсите на Земята, се нарича северен небесен полюс и се обозначава с Pn, другият е южният небесен полюс Ps.
Равнината QQ, минаваща през центъра на небесната сфера перпендикулярно на оста на света, се нарича равнина на небесния екватор. Тази равнина, пресичаща се с небесната сфера, образува голям кръг -небесен екватор, който разделя небесната сфера на северна и южна част.
Големият кръг на небесната сфера, преминаващ през небесните полюси, зенит и надир, се нарича меридиан на наблюдателя PN nPsZ. Оста на света разделя меридиана на наблюдателя на обедните PN ZPs и полунощните PN nPs части.
Меридианът на наблюдателя се пресича с истинския хоризонт в две точки: северната точка N и южната точка S. Правата линия, свързваща точките на север и юг, се нарича обедна линия.
Ако погледнете от центъра на сферата към точка N, тогава отдясно ще има точка на изток O ул , а отляво е точката на запад W. Малки кръгове на небесната сфера aa", успоредни на равнината на истинския хоризонт, се наричаталмукантарати; малък bb" успореден на равнината на небесния екватор, -небесни паралели.
Окръжностите на небесната сфера Zon, преминаващи през точките на зенита и надира, се наричат вертикали. Вертикалната линия, минаваща през точките на изток и запад, се нарича първи вертикал.
Кръговете на небесната сфера на PNoPs, преминаващи през полюсите на света, се наричат деклинационни кръгове.
Меридианът на наблюдателя е както вертикал, така и кръг на деклинация. Той разделя небесната сфера на две части – източна и западна.
Небесният полюс, разположен над хоризонта (под хоризонта), се нарича повдигнат (спуснат) небесен полюс. Името на издигнатия небесен полюс винаги е същото като името на географската ширина на мястото.
Оста на света сключва ъгъл с равнината на истинския хоризонт, равен на географската ширина на мястото.
Положението на светилата върху небесната сфера се определя с помощта на сферични координатни системи. В морската астрономия се използват хоризонтални и екваториални координатни системи.
Идеята за небесната сфера възниква в древни времена; тя се основаваше на визуалното впечатление за съществуването на куполен небесен свод. Това впечатление се дължи на факта, че в резултат на огромното разстояние на небесните тела човешкото око не може да оцени разликите в разстоянията до тях и те изглеждат еднакво отдалечени. Сред древните народи това се свързва с наличието на истинска сфера, която ограничава целия свят и носи множество звезди на повърхността си. Така според тях небесната сфера е най-важният елемент на Вселената. С развитието на научното познание този възглед за небесната сфера изчезна. Въпреки това, геометрията на небесната сфера, заложена в древността, в резултат на развитие и усъвършенстване, получи съвременна форма, в която се използва в астрометрията.
Елементи на небесната сфера
Отвес и свързани понятия
Диаграма, показваща съотношението , И (в различни определения). Обърнете внимание, че зенитът е противоположен на надира.
Отвес - права линия, минаваща през центъра на небесната сфера и точката на наблюдение на земната повърхност. Отвесът пресича повърхността на небесната сфера в две точки - над главата на наблюдателя и под краката на наблюдателя.
Истински (математически) хоризонт - голяма окръжност на небесната сфера, чиято равнина е перпендикулярна на отвеса. Истинският хоризонт разделя повърхността на небесната сфера на две полукълба:видимо полукълбо с върха в зенита иневидимо полукълбо с върха в надир. Истинският хоризонт не съвпада с видимия хоризонт поради издигането на точката на наблюдение над земната повърхност, както и поради огъването на светлинните лъчи в атмосферата.
Височинен кръгили вертикален светило - голям полукръг от небесната сфера, преминаващ през светилото, зенита и надира.Алмукантарат (арабски " ") - малък кръг от небесната сфера, чиято равнина е успоредна на равнината на математическия хоризонт. Височинните кръгове и алмукантаратите образуват координатна мрежа, която определя хоризонталните координати на светилото.
Ежедневно въртене на небесната сфера и свързани с него понятия
Въображаема линия, минаваща през центъра на света, около която се върти небесната сфера. Оста на света се пресича с повърхността на небесната сфера в две точки -северен полюс на света И южния полюс на света . Въртенето на небесната сфера се извършва обратно на часовниковата стрелка около северния полюс, когато се гледа небесната сфера отвътре.
Големият кръг на небесната сфера, чиято равнина е перпендикулярна на оста на света и минава през центъра на небесната сфера. Небесният екватор разделя небесната сфера на две полукълба:северенИ южен .
Деклинационен кръг на светилото - голям кръг от небесната сфера, преминаващ през полюсите на света и дадено светило.
Ежедневен паралел - малък кръг от небесната сфера, чиято равнина е успоредна на равнината на небесния екватор. Видимите дневни движения на светилата се извършват по дневните паралели. Деклинационните кръгове и дневните паралели образуват координатна мрежа на небесната сфера, която определя екваториалните координати на звездата.
Термини, родени в пресечната точка на понятията „Отвес“ и „Въртене на небесната сфера“
Небесният екватор пресича математическия хоризонт вточка на изток И точка на запад . Източната точка е тази, в която точките на въртящата се небесна сфера се издигат от хоризонта. Полукръгът на надморската височина, минаващ през източната точка, се наричапърви вертикал .
Небесен меридиан - голяма окръжност на небесната сфера, чиято равнина минава през отвеса и оста на света. Небесният меридиан разделя повърхността на небесната сфера на две полукълба:източното полукълбо И западното полукълбо .
Обедна линия - линията на пресичане на равнината на небесния меридиан и равнината на математическия хоризонт. Обедната линия и небесният меридиан пресичат математическия хоризонт в две точки:северна точка И точка юг . Северната точка е тази, която е по-близо до северния полюс на света.
Годишното движение на Слънцето по небесната сфера и свързаните с него понятия
P,P" - небесни полюси, T,T" - точки на равноденствие, E, C - точки на слънцестоене, P, P" - полюси на еклиптиката, PP" - небесна ос, PP" - ос на еклиптика, ATQT" - небесен екватор, ETCT “ - еклиптика
Големият кръг на небесната сфера, по който се извършва видимото годишно движение . Равнината на еклиптиката се пресича с равнината на небесния екватор под ъгъл ε = 23°26".
Двете точки, в които еклиптиката пресича небесния екватор, се наричат точки. IN пролетно равноденствие Слънцето в своето годишно движение се движи от южното полукълбо на небесната сфера към северното; Vесенно равноденствие - от северното полукълбо към южното. Две точки от еклиптиката, отдалечени на 90° от точките на равноденствие и по този начин максимално отдалечени от небесния екватор, се наричат точки . Точка на лятното слънцестоене се намира в северното полукълбо,точка на зимно слънцестоене - в южното полукълбо. Тези четири точки са обозначени със символите♈ ), есенно равноденствие - знакът на Везни (♎ ), зимно слънцестоене - знакът на Козирога (♑ ), лятно слънцестоене - знакът на Рака (♋ )
Диаметърът на небесната сфера е перпендикулярен на равнината на еклиптиката. Оста на еклиптиката се пресича с повърхността на небесната сфера в две точки -северен полюс на еклиптиката , лежащ в северното полукълбо, июжния полюс на еклиптиката , разположен в южното полукълбо. Северният полюс на еклиптиката има екваториални координати R.A. = 18h00m, Dec = +66°33", и се намира в съзвездието , а южният полюс е R.A. = 6h00m, Dec = −66°33" в съзвездие .
Кръг на еклиптична ширина , или просто кръг на географската ширина - голям полукръг от небесната сфера, преминаващ през полюсите на еклиптиката.
Хората в древността вярвали, че всички звезди са разположени на небесната сфера, която като цяло се върти около Земята. Още преди повече от 2000 години астрономите започнаха да използват методи, които позволяват да се посочи местоположението на всяко тяло на небесната сфера спрямо други космически обекти или земни ориентири. Концепцията за небесната сфера е удобна за използване дори и сега, въпреки че знаем, че тази сфера всъщност не съществува.
Небесна сфера -въображаема сферична повърхност с произволен радиус, в центъра на която се намира окото на наблюдателя и върху която проектираме положението на небесните тела.Концепцията за небесната сфера се използва за ъглови измервания в небето, за удобство на разсъжденията за най-простите видими небесни явления, за различни изчисления, например изчисляване на времето на изгрев и залез.
Нека да построим небесна сфера и да начертаем лъч от центъра й към звездата А.
Там, където този лъч пресича повърхността на сферата, поставяме точка A 1представляващи тази звезда. звезда INще бъдат представени с точка Б 1.Повтаряйки подобна операция за всички наблюдавани звезди, получаваме изображение на звездното небе върху повърхността на сферата - звезден глобус. Ясно е, че ако наблюдателят е в центъра на тази въображаема сфера, то за него посоката към самите звезди и към техните изображения върху сферата ще съвпадне.
- Какъв е центърът на небесната сфера? (Окото на наблюдателя)
- Какъв е радиусът на небесната сфера? (Произволно)
- Как се различават небесните сфери на двама съседи по бюро? (Централна позиция).
За решаването на много практически проблеми разстоянията до небесните тела не играят роля, важно е само тяхното видимо местоположение в небето. Ъгловите измервания не зависят от радиуса на сферата. Следователно, въпреки че небесната сфера не съществува в природата, астрономите използват концепцията за небесната сфера, за да изучават видимата подредба на светила и явления, които могат да се наблюдават в небето за период от дни или много месеци. Върху такава сфера се проектират звездите, Слънцето, Луната, планетите и т.н., като се абстрахират от действителните разстояния до светилата и се вземат предвид само ъгловите разстояния между тях. Разстоянията между звездите на небесната сфера могат да бъдат изразени само в ъглова мярка. Тези ъглови разстояния се измерват с големината на централния ъгъл между лъчите, насочени към едната и другата звезда, или съответните им дъги върху повърхността на сферата.
За приблизителна оценка на ъгловите разстояния в небето е полезно да запомните следните данни: ъгловото разстояние между двете крайни звезди на кофата на Голямата мечка (α и β) е около 5°, а от α на Голямата мечка до α Малка мечка (Полярна звезда) - 5 пъти повече - приблизително 25°.
Най-простите визуални оценки на ъгловите разстояния могат да се извършват и с помощта на пръстите на протегната ръка.
Виждаме само две светила - Слънцето и Луната - като дискове. Ъгловите диаметри на тези дискове са почти еднакви - около 30" или 0,5°. Ъгловите размери на планетите и звездите са много по-малки, така че ние ги виждаме просто като светещи точки. С просто око един обект не изглежда като точка, ако нейните ъглови размери надвишават 2 -3". Това означава, по-специално, че нашето око различава всяка отделна светеща точка (звезда), ако ъгловото разстояние между тях е по-голямо от тази стойност. С други думи, ние виждаме даден обект като не точка само ако разстоянието до него надвишава размера му не повече от 1700 пъти.
Отвес Z, Z' , преминавайки през окото на наблюдателя (точка С), намиращ се в центъра на небесната сфера, пресича небесната сфера в точки Z - зенит,Z’ - надир.
Зенит- това е най-високата точка над главата на наблюдателя.
Надир -точка на небесната сфера, противоположна на зенита.
Равнината, перпендикулярна на отвеса, се наричахоризонтална равнина (или равнина на хоризонта).
Математически хоризонтсе нарича линия на пресичане на небесната сфера с хоризонтална равнина, минаваща през центъра на небесната сфера.
С невъоръжено око можете да видите около 6000 звезди в цялото небе, но ние виждаме само половината от тях, защото другата половина на звездното небе е блокирана от нас от Земята. Движат ли се звездите по небето? Оказва се, че всички се движат и по едно и също време. Можете лесно да проверите това, като наблюдавате звездното небе (фокусирайки се върху определени обекти).
Поради въртенето си видът на звездното небе се променя. Някои звезди току-що излизат от хоризонта (изгряват) в източната част, други по това време са високо над главата ви, а трети вече се крият зад хоризонта в западната страна (залязват). В същото време ни се струва, че звездното небе се върти като едно цяло. Сега всички го знаят добре Въртенето на небето е очевидно явление, причинено от въртенето на Земята.
Картина на това, което се случва със звездното небе в резултат на ежедневното въртене на Земята, може да бъде заснета с камера.
В полученото изображение всяка звезда е оставила своя отпечатък под формата на кръгла дъга. Но има и звезда, чието движение през цялата нощ е почти незабележимо. Тази звезда се наричаше Поларис. В течение на един ден той описва кръг с малък радиус и винаги се вижда на почти еднаква височина над хоризонта в северната част на небето. Общият център на всички концентрични звездни следи се намира в небето близо до Полярната звезда. Тази точка, към която е насочена оста на въртене на Земята, се нарича северен небесен полюс. Най-малък радиус има дъгата, описана от Полярната звезда. Но тази дъга и всички останали - независимо от техния радиус и кривина - образуват една и съща част от окръжността. Ако е възможно да се заснемат пътеките на звездите в небето за цял ден, тогава снимката ще се окаже пълни кръгове - 360°. В крайна сметка един ден е периодът на пълно завъртане на Земята около оста си.
За един час Земята ще се завърти на 1/24 от кръга, т.е. 15°. Следователно дължината на дъгата, която звездата ще опише през това време, ще бъде 15 °, а след половин час - 7,5 °.
В течение на деня звездите описват толкова по-големи кръгове, колкото по-далеч са от Полярната звезда.Нарича се оста на ежедневно въртене на небесната сфера (ос на света).
RR"Точките на пресичане на небесната сфера с оста на света се наричатполюси на света (точка - Р северен небесен полюс, точка - R"
южен небесен полюс).
Полярната звезда се намира близо до северния полюс на света. Когато гледаме Полярната звезда или по-точно фиксирана точка до нея - северния полюс на света, посоката на погледа ни съвпада с оста на света. Южният небесен полюс се намира в южното полукълбо на небесната сфера.Самолет ЕА, W.Q.перпендикулярна на оста на света PP" и минаваща през центъра на небесната сфера се наричаравнина на небесния екватор, а линията на пресичането му с небесната сфера е.
Небесен екватор небесен екватор
– линия на окръжност, получена от пресечната точка на небесната сфера с равнина, минаваща през центъра на небесната сфера, перпендикулярна на оста на света.
Небесният екватор разделя небесната сфера на две полукълба: северно и южно.
Оста на света, полюсите на света и небесният екватор са подобни на оста, полюсите и екватора на Земята, тъй като изброените имена се свързват с видимото въртене на небесната сфера и то е следствие от действително въртене на земното кълбо.Равнина, преминаваща през зенитната точка З , центърСЪС (точканебесна сфера и полюссветът се наричаравнина на небесния меридиан, и се образува линията на пресичането му с небесната сфера.
Небесен меридиан – голяма окръжност на небесната сфера, минаваща през зенита Z, небесния полюс P, южния небесен полюс P, надир Z"
На всяко място на Земята равнината на небесния меридиан съвпада с равнината на географския меридиан на това място.
Обедна линия Н.С. - това е линията на пресичане на равнините на меридиана и хоризонта. N – северна точка, S – южна точка
Наречена е така, защото по обяд сенките от вертикални обекти падат в тази посока.
- Какъв е периодът на въртене на небесната сфера? (Равен на периода на въртене на Земята - 1 ден).
- В каква посока се извършва видимото (привидното) въртене на небесната сфера? (Обратно на посоката на въртене на Земята).
- Какво може да се каже за взаимното разположение на оста на въртене на небесната сфера и земната ос? (Осите на небесната сфера и земната ос ще съвпадат).
- Всички точки от небесната сфера участват ли във видимото въртене на небесната сфера? (Точките, лежащи на оста, са в покой).
Земята се движи по орбита около Слънцето. Оста на въртене на Земята е наклонена към равнината на орбитата под ъгъл 66,5°.Поради действието на гравитационните сили от Луната и Слънцето, оста на въртене на Земята се измества, докато наклонът на оста към равнината на земната орбита остава постоянен. Изглежда, че земната ос се плъзга по повърхността на конуса. (същото се случва и с оста на обикновен плот в края на въртенето).
Това явление е открито през 125 г. пр.н.е. д. от гръцкия астроном Хипарх и наз прецесия.
Земната ос извършва едно завъртане за 25 776 години - този период се нарича Платонова година. Сега близо до P - северния полюс на света има Полярната звезда - α Малката мечка. Полярната звезда е звездата, която в момента се намира близо до Северния полюс на света. В наше време, от около 1100 г., такава звезда е Алфа Малка мечка - Киносура. Преди това титлата Поларис се приписваше последователно на π, η и τ Херкулес, звездите Тубан и Кохаб. Римляните изобщо не са имали Полярна звезда, а Кохаб и Киносура (α Малката мечка) са били наричани Пазители.
В началото на нашата хронология небесният полюс е бил близо до α Дракон – преди 2000 години. През 2100 г. небесният полюс ще бъде само на 28" от Полярната звезда - сега е на 44". През 3200 г. съзвездието Цефей ще стане полярно. През 14 000 Вега (α Лира) ще бъде полярна.
Как да намерим Полярната звезда в небето?
За да намерите Полярната звезда, трябва мислено да начертаете права линия през звездите на Голямата мечка (първите 2 звезди от „кофата“) и да преброите 5 разстояния между тези звезди по нея. На това място, до правата линия, ще видим звезда, почти идентична по яркост със звездите на „кофата“ - това е Полярната звезда.
В съзвездието, което често се нарича Малката мечка, Полярната звезда е най-ярката. Но както повечето звезди в кофата на Голямата мечка, Поларис е звезда от втора величина.
Летен (лятно-есенен) триъгълник = звезда Вега (α Lyrae, 25,3 светлинни години), звезда Денеб (α Cygnus, 3230 светлинни години), звезда Алтаир (α Orlae, 16,8 светлинни години)
Небесни координати
За да намерите звезда в небето, трябва да посочите от коя страна на хоризонта се намира и колко високо е над нея. За тази цел се използва хоризонтална координатна система – азимути височина.За наблюдател, намиращ се където и да е на Земята, не е трудно да се определят вертикалната и хоризонталната посока.
Първият от тях се определя с помощта на отвес и е изобразен на чертежа с отвес ZZ",минаваща през центъра на сферата (точка ЗА).
Точката Z, разположена точно над главата на наблюдателя, се нарича зенит.
Равнина, която минава през центъра на сферата перпендикулярно на отвеса, образува окръжност, когато се пресича със сферата - вярно, или математически, хоризонт.
Височина осветителното тяло се измерва по окръжност, минаваща през зенита и осветителното тяло , и се изразява с дължината на дъгата на този кръг от хоризонта до светилото. Тази дъга и съответният й ъгъл обикновено се означават с буквата ч.
Височината на звездата, която е в зенита, е 90°, на хоризонта - 0°.
Позицията на светилото спрямо страните на хоризонта се обозначава с втората му координата - азимут, с букви А.Азимутът се измерва от южната точка по посока на часовниковата стрелка, така че азимутът на южната точка е 0°, на западната точка е 90° и т.н.
Хоризонталните координати на светилата непрекъснато се променят във времето и зависят от позицията на наблюдателя на Земята, тъй като по отношение на световното пространство равнината на хоризонта в дадена точка на Земята се върти с него.
Хоризонталните координати на светилата се измерват, за да се определят времето или географските координати на различни точки на Земята. На практика, например в геодезията, височината и азимутът се измерват със специални гониометрични оптични инструменти - теодолитите.
За да създадете звездна карта, изобразяваща съзвездия в равнина, трябва да знаете координатите на звездите. За да направите това, трябва да изберете координатна система, която да се върти със звездното небе. За да се посочи позицията на светилата в небето, се използва координатна система, подобна на използваната в географията. - екваториална координатна система.
Екваториалната координатна система е подобна на географската координатна система на земното кълбо.Както знаете, може да се посочи позицията на всяка точка от земното кълбо сизползвайки географски координати – ширина и дължина.
Географска ширина - е ъгловото разстояние на точка от екватора на Земята.Географската ширина (φ) се измерва по меридианите от екватора до полюсите на Земята.
Географска дължина- ъгълът между равнината на меридиана на дадена точка и равнината на началния меридиан.Географска дължина (λ) измерено по екватора от главния (Гринуич) меридиан.
Така например Москва има следните координати: 37°30" източна дължина и 55°45" северна ширина.
Нека се запознаем екваториална координатна система, което показва положението на светилата на небесната сфера едно спрямо друго.
Нека начертаем права през центъра на небесната сфера, успоредна на оста на въртене на Земята - ос на света. Тя ще пресече небесната сфера в две диаметрално противоположни точки, които се наричат Точките на пресичане на небесната сфера с оста на света се наричат - (точкаи R΄.Северният полюс на света се нарича този, близо до който се намира Полярната звезда. Равнина, минаваща през центъра на сферата, успоредна на равнината на екватора на Земята, в напречно сечение със сферата образува окръжност, наречена небесен екватор. Небесният екватор (както и земният) разделя небесната сфера на две полукълба: северно и южно. Ъгловото разстояние на звезда от небесния екватор се нарича деклинация.Деклинацията се измерва по окръжност, начертана през небесното тяло и полюсите на света; тя е подобна на географската ширина.
Склонение- ъглово разстояние на светилата от небесния екватор. Склонението се означава с буквата δ. В северното полукълбо деклинациите се считат за положителни, в южното полукълбо - отрицателни.
Втората координата, която показва позицията на звездата в небето, е подобна на географската дължина. Тази координата се нарича ректасцензия .
Ректасцензия - Ректасцензията се измерва по протежение на небесния екватор от пролетното равноденствие γ, където Слънцето се появява всяка година на 21 март (денят на пролетното равноденствие). Измерва се от пролетното равноденствие γ обратно на часовниковата стрелка, т.е. към дневното въртене на небето. Следователно светилата се издигат (и залязват) в нарастващ ред на тяхното право изкачване.ъгълът между равнината на полукръг, начертан от небесния полюс през светилото (кръг за склонение),и равнината на полукръг, начертана от небесния полюс през точката на пролетното равноденствие, разположена на екватора
(начален кръг от деклинации). Ректасцензията се обозначава с буквата α(δ, α) Деклинация и ректасцензия
Удобно е деклинацията и ректасценцията да се изразяват не в градуси, а в единици време. Като се има предвид, че Земята прави едно завъртане за 24 часа, получаваме:
360° - 24 часа, 1° - 4 минути;
15° - 1 час, 15" -1 мин, 15" - 1 сек.
Следователно право изкачване, равно на например 12 часа, е 180°, а 7 часа 40 минути съответстват на 115°.
Ако не е необходима специална точност, тогава небесните координати на звездите могат да се считат за непроменени. С ежедневното въртене на звездното небе се върти и точката на пролетното равноденствие. Следователно положението на звездите спрямо екватора и пролетното равноденствие не зависи нито от времето на деня, нито от позицията на наблюдателя на Земята.
Екваториалната координатна система е изобразена на движеща се звездна карта.