3.Небесна сфера. Основні площини, лінії та точки небесної сфери.
Під небесною сфероюприйнято розуміти сферу довільного радіусу, центр якої знаходиться в точці спостереження, і на поверхню цієї сфери проектуються всі навколишні небесні тіла або світила
Обертання небесної сфери для спостерігача, що знаходиться на поверхні Землі, відтворює добовий рухсвітив на небі
ZOZ- вертикальна (вертикальна) лінія,
SWNE- Істинний (математичний) горизонт,
aMa- альмукантарат,
ZMZ- коло висоти (вертикальний круг), або вертикал
P 
OP- вісь обертання небесної сфери (вісь світу),
P– північний полюс світу,
P" – південний полюс світу,
Ð PON= j (широта місця спостереження),
QWQ" E– небесний екватор,
bMb- добова паралель,
PMP- коло відміни,
PZQSP" Z" Q" N– небесний меридіан,
NOS- Південна лінія
4.Системи небесних координат (горизонтальна, перша та друга екваторіальна, еліптична).
Оскільки радіус небесної сфери довільний, положення світила на небесній сфері однозначно визначається двома кутовими координатами, якщо задана основна площина та початок відліку.
У сферичній астрономії використовуються такі системи небесних координат:
Горизонтальна, 1-а екваторіальна, 2-а екваторіальна, Екліптична
Горизонтальна система координат
Основна площина – площина математичного горизонту
1
)Ð mOM
= h
(висота)
0 £ h£ 90 0
-90 0 £ h £ 0
або Ð ZOM = z (Зенітна відстань)
0 £ z£ 180 0
z + h = 90 0
2) Ð SOm = A(азимут)
0 £ A£ 360 0
1-а екваторіальна система координат
Основна площина – площина небесного екватора
1) Ð mOM= d (відмінювання)
0 £ d £ 90 0
-90 0 £ d £ 0
або Ð POM = p (Полюсна відстань)
0 £ p£ 180 0
p+ d = 90 0
2) Ð QOm = t (годинний кут)
0 £ t£ 360 0
або 0 h £ t£ 24 h
Усі горизонтальні координати ( h, z, A) та годинний кут tПерші екваторіальні СК безперервно змінюються в процесі добового обертання небесної сфери.
Відмінювання d не змінюється.
Необхідно ввести замість tтаку екваторіальну координату, яка відраховувалася б від фіксованої на небесній сфері точки.
2-а екваторіальна система координат
Про 
основна площина – площина небесного екватора
1) Ð mOM= d (відмінювання)
0 £ d £ 90 0
-90 0 £ d £ 0
або Ð POM = p (Полюсна відстань)
0
£
p£ 180 0
p+ d = 90 0
2) Ð ¡ Om= a (пряме сходження)
або 0 h £ a £ 24 h
Горизонтальна СК використовується визначення напрямку на світило щодо земних об'єктів.
1-а екваторіальна СК використовується переважно щодо точного часу.
2
екваторіальна СК є загальноприйнятою в астрометрії.
Екліптична СК
Основна площина – площина екліптики E¡E"d
Площина екліптики нахилена до площини небесного меридіана під кутом ε = 23 0 26"
ПП" - вісь екліптики
E – точка літнього сонцестояння
E” – точка зимового сонцестояння
1) ¡ m = λ (Екліптична довгота)
2) mM= b (Екліптична широта)
5.Добове обертання небесної сфери на різних широтах пов'язані з ним явища. Добовий рух Сонця. Зміна сезонів та теплові пояси.
Вимірювання висоти Сонця опівдні (тобто в момент його верхньої кульмінації) на одній і тій же географічній широті показали, що відмінювання Сонця d протягом року змінюється в межах від +23 0 36 "до -23 0 36", два рази проходячи через нуль.
Пряме сходження Сонця a протягом року також постійно змінюється від 0 до 360 0 або від 0 до 24 h .
Розглядаючи безперервну зміну обох координат Сонця, можна встановити, що воно переміщається серед зірок із заходу на схід по великому колу небесної сфери, що називається екліптикою.
20-21 березня Сонце знаходиться в точці ¡, його відмінювання δ ? = 0 і пряме сходження a ? = 0. У цей день (весняного рівнодення) Сонце сходить точно в точці E і заходить у точці W. Максимальна висота центру Сонця над горизонтом опівдні цього дня (верхня кульмінація): h= 90 0 - φ + δ = 90 0 - φ
Потім Сонце зрушить екліптикою ближче до точки E, тобто. δ > 0 і a > 0.
21-22 червня Сонце знаходиться в точці E, його відмінювання максимально δ ? = 23 0 26", а пряме сходження a ? = 6 h . h= 90 0 - φ + 23 0 26"
Т.ч., у середніх широтах Сонце НІКОЛИ не буває в зеніті
Широта Мінська φ = 53 0 55"
Потім Сонце зрушить по екліптиці ближче до точки d, тобто. δ | почне зменшуватися
Близько 23 вересня Сонце прийде в точку d, його відмінювання δ = 0, пряме сходження a = 12 h . Цей день називається днем осіннього рівнодення.
22-23 грудня Сонце опиниться в точці E", його відмінювання мінімально δ ? = - 23 0 26", а пряме сходження a ? = 18 h .
Максимальна висота над горизонтом: h= 90 0 - φ - 23 0 26"
Зміна екваторіальних координат Сонця протягом року нерівномірно.
Відмінювання змінюється найшвидше при русі Сонця поблизу точок рівнодення, і найповільніше - поблизу точок сонцестоянь.
Пряме сходження, навпаки, повільніше змінюється поблизу точок рівнодення, і швидше поблизу точок сонцестоянь.
Видимий рух Сонця по екліптиці пов'язане з дійсним рухом Землі за своєю орбітою навколо Сонця, а також з тим фактом, що вісь обертання Землі не перпендикулярна до площини її орбіти, а становить кут ε = 23 0 26".
Якби ε = 0, то на будь-якій широті в будь-який день року день дорівнював би ночі (без урахування рефракції та розміру Сонця).
Полярні дні, що тривають від 24 h до півроку та відповідні ночі, спостерігаються за полярними колами, широти яких визначаються умовами:
φ = ±(90 0 – ε) = ± 66 0 34"
Становище осі світу і, отже, площині небесного екватора, і навіть точок ¡ і d який завжди, а періодично змінюється.
Внаслідок прецесії земної осі вісь світу описує конус навколо осі екліптики з кутом розчину ~23,50 за 26 000 років.
Внаслідок дії планет, що обурює, криві, що описуються полюсами світу, не замикаються, а стягуються в спіраль.
Т 
.к. і площина небесного екватора, і площина екліптики повільно змінюють своє становище у просторі, то точки їх перетину (і d) повільно переміщаються на захід.
Швидкість переміщення (загальна річна прецесія в екліптиці) за рік: l = 360 0 /26 000 = 50,26"".
Загальна річна прецесія в екваторі: m = l cos ε = 46,11 "".
На початку нашої ери точка весняного рівнодення знаходилася в сузір'ї Овна, від якого і отримала своє позначення (¡), а точка осіннього рівнодення – у сузір'ї Терезів (d). З того часу точка ¡ перемістилася в сузір'я Риб, а точка d – у сузір'я Діви, але їх позначення залишилися колишніми.
| " |
2.1.1. Основні площини, лінії та точки небесної сфери
Небесною сферою називається уявна сфера довільного радіусу з центром у вибраній точці спостереження, на поверхні якої розташовані світила так, як вони видно на небі в певний момент часу з точки простору. Щоб правильно уявляти астрономічне явище, необхідно вважати радіус небесної сфери набагато більше радіуса Землі (R сф >> R Землі), тобто думати, що спостерігач знаходиться в центрі небесної сфери, причому одна і та ж точка небесної сфери (одна і та ж зірка) видно з різних місць земної поверхні за паралельними напрямками.
Під небесним склепінням чи небом зазвичай розуміють внутрішню поверхню небесної сфери, яку проектуються небесні тіла (світила). Для спостерігача на Землі вдень на небі видно Сонце, іноді Місяць ще рідше Венера. У безхмарну ніч видно зірки, Місяць, планети, іноді комети та інші тіла. Зірок, видимих неозброєним оком, близько 6000. Взаємне розташування зірок майже не змінюється через великі відстані до них. Небесні тіла, що відносяться до Сонячної системи, змінюють своє положення щодо зірок та одне одного, що визначається їх помітним кутовим та лінійним добовим та річним усуненням.
Небесне склепіння обертається як єдине ціле з усіма світилами, що знаходяться на ньому, біля уявної осі. Це обертання – добове. Якщо спостерігати добове обертання зірок у північній півкулі Землі та обличчям стояти до північного полюса, то обертання неба відбуватиметься проти годинникової стрілки.
Центр Про небесну сферу – точка спостереження. Пряма ZOZ", що збігається з напрямком нитки схилу в місці спостереження, називається вертикальною або вертикальною лінією. Вертикальна лінія перетинається з поверхнею небесної сфери в двох точках: в зеніті Z, над головою спостерігача, і в діаметрально протилежній точці Z" - надирі. Велике коло небесної сфери (SWNE), площина якого перпендикулярна до прямовисної лінії, називається математичним або справжнім горизонтом. Математичний горизонт – площина, що стосується поверхні Землі у точці спостереження. Мале коло небесної сфери (аМа"), що проходить через світило М, і площина якого паралельна площині математичного горизонту, називається альмукантаратом світила. Велике півколо небесної сфери ZMZ" називається кругом висоти, вертикальним кругом, або просто вертикалом світила.Діаметр РР, навколо якого відбувається обертання небесної сфери, називається віссю світу. у південному полюсі світу Р". Вісь світу нахилена до площини математичного горизонту під кутом, що дорівнює географічній широті точки спостереження φ. Велике коло небесної сфери QWQ"E, площина якого перпендикулярна до осі світу, називається небесним екватором. Мале коло небесної сфери (bМb"), площина якого паралельна площині небесного екватора, називається небесною або добовою паралеллю світила М. Велике півколо небесної сфери РМР* годинним колом або колом відмінювання світила.
Небесний екватор перетинається з математичним горизонтом у двох точках: у точці сходу Е та у точці заходу W. Кола висот, що проходять через точки сходу та заходу, називаються першими вертикалами – східним та західним.
Велике коло небесної сфери PZQSP"Z"Q"N, площина якого проходить через прямовисну лінію і вісь світу, називається небесним меридіаном. у точці півночі N та у точці півдня S. Небесний меридіан перетинається з небесним екватором також у двох точках: у верхній точці екватора Q, яка ближче до зеніту, та у нижній точці екватора Q”, яка ближче до надиру.
2.1.2. Світила, їхня класифікація, видимі рухи.
Зірки, Сонце та Місяць, планети
Для того, щоб орієнтуватися небом, яскраві зірки об'єднані в сузір'я. Усього сузір'їв на небі 88, з яких 56 видно для спостерігача, що у середніх широтах північної півкулі Землі. Усі сузір'я мають власні імена, пов'язані з назвами тварин (Велика Ведмедиця, Лев, Дракон), іменами героїв грецької міфології (Кассіопея, Андромеда, Персей) або назвами предметів, обриси яких нагадують (Північна Корона, Трикутник, Терези). Окремі зірки в сузір'ях позначаються літерами грецького алфавіту, а найяскравіші їх (близько 200) отримали «власні» імена. Наприклад, α Великого Пса - "Сіріус", α Оріона - "Бетельгейзе", β Персея - "Алголь", α Малої Ведмедиці - "Полярна зірка", біля якої знаходиться точка північного полюса світу. Шляхи Сонця та Місяця на тлі зірок майже збігаються і приходять по дванадцяти сузір'ям, які отримали назви зодіакальних, оскільки більшість з них зветься тварин (від грец. «Зоон» - тварина). До них відносяться сузір'я Овна, Тельця, Близнюків, Раку, Лева, Діви, Терезів, Скорпіона, Стрільця, Козерога, Водолія та Риб. Траєкторія руху Марса по небесній сфері у 2003 році |
Ще в давнину були помічені 5 світил, схожих на зірки, але «блукають» сузір'ями. Вони були названі планетами – «блукаючими світилами». Пізніше були відкриті ще 2 планети та велика кількість дрібніших небесних тіл (карликових планет, астероїдів).
Планети більшу частину часу переміщуються по зодіакальним сузір'ям із заходу Схід (прямий рух), але частину часу – зі Сходу захід (попятний рух).
| Ваш браузер не підтримує відео tag. Рух зірок небесною сферою |
Небесна сфера - уявна сфера довільного радіусу, що використовується в астрономії для опису взаємних положень світил на небосхилі. Для простоти розрахунків її радіус приймають рівним одиниці; центр небесної сфери залежно від розв'язуваного завдання поєднують із зіницею спостерігача, із центром Землі, Місяця, Сонця чи взагалі з довільною точкою простору.
Уявлення про небесну сферу виникло в давнину. В основу його лягло зорове враження про існування кришталевого бані неба, на якому ніби укріплені зірки. Небесна сфера у поданні стародавніх народів була найважливішим елементом Всесвіту. З розвитком астрономії такий погляд на небесну сферу відпав. Однак закладена в давнину геометрія небесної сфери в результаті розвитку та вдосконалення набула сучасного вигляду, в якому для зручності різних розрахунків і використовується в астрометрії.
Розглянемо небесну сферу, як вона представляється Спостерігачеві в середніх широтах із Землі (рис. 1).
Дві прямі, становище яких можна встановити експериментально з допомогою фізичних і астрономічних інструментів, грають значної ролі щодо понять, що з небесної сферою. Перша з них - прямовисна лінія; це пряма, що збігається у цій точці з напрямом дії сили тяжіння. Ця лінія, проведена через центр небесної сфери, перетинає її у двох діаметрально протилежних точках: верхня називається зенітом, нижня – надиром. Площина, що проходить через центр небесної сфери перпендикулярно вертикальній лінії, називається площиною математичного (або істинного) горизонту. Лінія перетину цієї площини з небесною сферою називається горизонтом.
Другий прямий служить вісь світу - пряма, що проходить через центр небесної сфери паралельно осі обертання Землі; навколо осі світу відбувається видиме добове обертання всього небосхилу. Точки перетину осі світу з небесною сферою називаються Північним та Південним полюсами світу. Найбільш помітна із зірок поблизу Північного полюса світу – Полярна зірка. Яскравих зірок біля Південного полюса світу нема.
Площина, що проходить через центр небесної сфери перпендикулярно до осі світу, називається площиною небесного екватора. Лінію перетину цієї площини з небесною сферою називають небесним екватором.
Нагадаємо, що коло, яке виходить при перетині небесної сфери площиною, що проходить через її центр, називається в математиці великим колом, а якщо площина не проходить через центр, то виходить мале коло. Горизонт і небесний екватор являють собою великі кола небесної сфери і поділяють її на дві рівні півкулі. Горизонт ділить небесну сферу на видиму та невидиму півкулі. Небесний екватор ділить її відповідно на Північну та Південну півкулі.
При добовому обертанні небосхилу світила обертаються навколо осі світу, описуючи на небесній сфері малі кола, які називаються добовими паралелями; світила, віддалені від полюсів світу на 90°, рухаються вздовж великого кола небесної сфери – небесного екватора.
Визначивши стрімку лінію і вісь світу, неважко дати визначення решті всіх площин і кіл небесної сфери.
Площина, що проходить через центр небесної сфери, в якій одночасно лежать і прямовисна лінія, і вісь світу, називається площиною небесного меридіана. Велике коло від перетину цією площиною небесної сфери називають небесним меридіаном. Та з точок перетину небесного меридіана з горизонтом, що знаходиться ближче до Північного полюса світу, називається точкою півночі; діаметрально протилежна – точкою півдня. Пряма, що проходить через ці точки, є південна лінія.
Точки горизонту, що віддаляються на 90° від точок півночі та півдня, називаються точками сходу та заходу. Ці чотири точки називають головними точками горизонту.
Площини, що проходять через вертикальну лінію, перетинають небесну сферу великими колами і називаються вертикалами. Небесний меридіан є одним із вертикалів. Вертикал, що перпендикулярний меридіану і проходить через точки сходу та заходу, називають першим вертикалом.
За визначенням три основні площини – математичного горизонту, небесного меридіана та першого вертикалу – взаємно перпендикулярні. Площина небесного екватора перпендикулярна лише площині небесного меридіана, утворюючи з площиною горизонту двогранний кут. На географічних полюсах Землі площина небесного екватора збігається з площиною горизонту, але в екваторі Землі стає їй перпендикулярною. У першому випадку, на географічних полюсах Землі, вісь світу збігається з вертикальною лінією і за небесний меридіан може бути прийнятий будь-який з вертикалів залежно від умов завдання. У другому випадку, на екваторі, вісь світу лежить у площині горизонту та збігається з полуденною лінією; Північний полюс світу у своїй збігається з точкою півночі, а Південний полюс світу - з точкою півдня (див. рис.).
При використанні небесної сфери, центр якої поєднується з центром Землі або будь-якою іншою точкою простору, також виникає низка особливостей, проте принцип введення основних понять – горизонт, небесний меридіан, перший вертикал, небесний екватор тощо – залишається незмінним.
Основні площини та кола небесної сфери використовуються при введенні горизонтальних, екваторіальних та екліптичних небесних координат, а також при описі особливостей видимого добового обертання світил.
Велике коло, що утворюється при перетині небесної сфери площиною, що проходить через її центр і паралельна площині земної орбіти, називається екліптикою. За екліптикою відбувається видимий річний рух Сонця. Точка перетину екліптики з небесним екватором, у якій Сонце переходить із Південної півкулі небесної сфери до Північної, називають точкою весняного рівнодення. Протилежна точка небесної сфери називається точкою осіннього рівнодення. Пряма, що проходить через центр небесної сфери перпендикулярно площині екліптики, перетинає сферу у двох полюсах екліптики: Північному полюсі – у Північній півкулі та Південному – у Південній півкулі.
Допоміжна небесна сфера
Системи координат, що використовуються в геодезичній астрономії
Географічні широти та довготи точок земної поверхні та азимути напрямків визначаються зі спостережень небесних світил – Сонця та зірок. І тому необхідно знати становище світил як щодо Землі, і щодо одне одного. Положення світил можуть задаватися у доцільно вибраних системах координат. Як відомо з аналітичної геометрії, визначення положення світила s можна використовувати прямокутну декартову систему координат XYZ або полярну a,b, R (рис.1).
У прямокутній системі координат положення світила s визначається трьома лінійними координатами X, Y, Z. У полярній системі координат положення світила s визначається однією лінійною координатою, радіусом-вектором R = Оs і двома кутовими: кутом a між віссю X і проекцією радіуса-вектора на координатну площину XOY, і кутом b між координатною площиною XOY і радіусом-вектором R. Зв'язок прямокутних та полярних координат описується формулами
X = R cos b cos a,
Y = R cos b sin a,
Z = R sin b,
Ці системи використовуються у випадках, коли лінійні відстані R = Os до небесних світил відомі (наприклад, для Сонця, Місяця, планет, штучних супутників Землі). Проте багатьом світил, які спостерігаються поза Сонячної системи, ці відстані або надзвичайно великі проти радіусом Землі, або невідомі. Щоб спростити вирішення астрономічних завдань і обходитися без відстаней до світил, вважають, що всі світила знаходяться на довільній, але однаковій відстані від спостерігача. Зазвичай ця відстань приймають рівною одиниці, внаслідок чого положення світил у просторі може визначатися не трьома, а двома кутовими координатами a і b полярної системи. Відомо, що геометричне місце точок, рівновіддалених від цієї точки "О", є сфера з центром у цій точці.
Допоміжна небесна сферауявна сфера довільного чи одиничного радіусу, яку проектуються зображення небесних світил (рис. 2). Положення будь-якого світила s на небесній сфері визначається за допомогою двох сферичних координат, a та b:
x = cos b cos a,
y = cos b sin a,
z = sin b.
Залежно від того, де розташований центр небесної сфери, розрізняють:
1)топоцентричнунебесну сферу – центр знаходиться на поверхні Землі;
2)геоцентричнунебесну сферу – центр збігається із центром мас Землі;
3)геліоцентричнунебесну сферу – центр поєднаний із центром Сонця;
4) барицентричнунебесну сферу – центр знаходиться у центрі тяжкості Сонячної системи.
Основні кола, точки та лінії небесної сфери зображені на рис.3.
Одним із основних напрямків щодо поверхні Землі є напрямок прямовисної лінії, або сили тяжіння у точці спостереження. Цей напрямок перетинає небесну сферу у двох діаметрально протилежних точках - Z та Z". Точка Z знаходиться над центром і називається зенітом, Z" - під центром і називається надиром.
Проведемо через центр площину, перпендикулярну прямовисній лінії ZZ". Велике коло NESW, утворене цією площиною, називається небесним (істинним) чи астрономічним горизонтом. Це основна площина топоцентричної системи координат. На ній є чотири точки S, W, N, E, де S - точка Півдня, N - точка Півночі, W - точка Заходу, E - точка Сходу. Пряма NS називається полуденною лінією.
Пряма P N P S , проведена через центр небесної сфери паралельно осі обертання Землі, називається віссю Миру. Крапки P N - північний полюс світу; P S - південний полюс світу. Навколо осі світу відбувається видимий добовий рух небесної сфери.
Проведемо через центр площину, перпендикулярну до осі світу P N P S . Велике коло QWQ"E, утворене в результаті перетину цієї площиною небесної сфери, називається небесним (астрономічним) екватором. Тут Q - верхня точка екватора(Над горизонтом), Q"- нижня точка екватора(Під горизонтом). Небесний екватор та небесний горизонт перетинаються у точках W та E.
Площина P N ZQSP S Z"Q"N, що містить у собі вертикальну лінію і вісь Світу, називається істинним (небесним) чи астрономічним меридіаном.Це площина паралельна площині земного меридіана і перпендикулярна до площини горизонту та екватора. Її називають початковою координатною площиною.
Проведемо через ZZ" вертикальну площину, перпендикулярну небесному меридіану. Отримане коло ZWZ"E називається першим вертикалом.
Велике коло ZsZ", яким вертикальна площина, що проходить через світило s, перетинає небесну сферу, називається вертикалом або кругом висот світила.
Велике коло P N sP S , що проходить через світило перпендикулярно до небесного екватора, називається навколо відмінювання світила.
Мале коло nsn", що проходить через світило паралельно небесному екватору, називається добовою паралеллю.Видимий добовий рух світил відбувається вздовж добових паралелей.
Мале коло аsа, що проходить через світило паралельно небесному горизонту, називається кругом рівних висот, або альмукантаратом.
У першому наближенні орбіта Землі може бути прийнята за пласку криву - еліпс, в одному з фокусів якого знаходиться Сонце. Площина еліпса, який приймається за орбіту Землі , називаєтьсяплощиною екліптики.
У сферичній астрономії прийнято говорити про видимому річному русі Сонця.Велике коло ЕgЕ"d, яким відбувається видимий рух Сонця протягом року, називається екліптикою. Площина екліптики нахилена до площини небесного екватора на кут, що дорівнює 23.5 0 . На рис. 4 показано:
g – точка весняного рівнодення;
d – точка осіннього рівнодення;
Е – точка літнього сонцестояння; Е" - точка зимового сонцестояння; R N R S - вісь екліптики; R N - північний полюс екліптики; R S - південний полюс екліптики; e - нахил екліптики до екватора.
Точки та лінії небесної сфери - як знайти альмукантарат, де проходить небесний екватор, що є небесним меридіаном.
Що являє собою Небесна сфера
Небесна сфера- Абстрактне поняття, уявна сфера нескінченно великого радіусу, центром якої є спостерігач. При цьому центр небесної сфери як би знаходиться на рівні очей спостерігача (іншими словами, все, що ви бачите над головою від горизонту до горизонту - і є ця сама сфера). Втім, для простоти сприйняття можна вважати центром небесної сфери і центр Землі, жодної помилки в цьому немає. Положення зірок, планет, Сонця і Місяця на сферу завдають у такому становищі, як вони видно на небі у певний час з цієї точки перебування спостерігача.
Іншими словами, хоча спостерігаючи положення світил на небесній сфері, ми, перебуваючи в різних місцях планети, постійно бачитимемо дещо різну картину, знаючи принципи «роботи» небесної сфери, глянувши на нічне небо, ми легко зможемо зорієнтуватися на місцевості користуючись простою технікою. Знаючи вид над головою в точці А, ми порівняємо його з видом неба в точці Б, і за відхиленнями знайомих орієнтирів, зможемо зрозуміти де саме знаходимося зараз.
Люди давно вже придумали цілу низку інструментів, що полегшують наше завдання. Якщо орієнтуватися по «земному» глобусу просто за допомогою широти та довготи, то ціла низка подібних елементів — точок та ліній, передбачена і для «небесного» глобуса — небесної сфери.
Небесна сфера та становище спостерігача. Якщо спостерігач зрушить, то зрушить і вся видима їм сфера
Елементи небесної сфери
Небесна сфера має низку характерних точок, ліній та кіл, розглянемо основні елементи небесної сфери.
Вертикаль спостерігача
Вертикаль спостерігача- Пряма, що проходить через центр небесної сфери і збігається з напрямком нитки схилу в точці спостерігача. Зеніт- Точка перетину вертикалі спостерігача з небесною сферою, розташована над головою спостерігача. Надір- Точка перетину вертикалі спостерігача з небесною сферою, протилежна зеніту.
Справжній горизонт- велике коло на небесній сфері, площина якого перпендикулярна до вертикалі спостерігача. Справжній обрій ділить небесну сферу на дві частини: надгоризонтну півсферу, в якій розташований зеніт, та підгоризонтну півсферу, в якій розташований надір.
Вісь світу (Земна вісь)- Пряма, навколо якої відбувається видиме добове обертання небесної сфери. Вісь світу паралельна осі обертання Землі, а спостерігача, що є одному з полюсів Землі, вона збігається з віссю обертання Землі. Очевидне добове обертання небесної сфери є відображенням дійсного добового обертання Землі навколо осі. Полюси світу - точки перетину осі світу з небесною сферою. Полюс світу, що знаходиться в галузі сузір'я Малої Ведмедиці, називається Північним полюсомсвіту, а протилежний полюс називається Південним полюсом.
Велике коло на небесній сфері, площина якого перпендикулярна до осі світу. Площина небесного екватора ділить небесну сферу на північну півсферу, в якій розташований Північний полюс світу, та південну півсферу, у якій розташований Південний полюс світу.
Або меридіан спостерігача - велике коло на небесній сфері, що проходить через полюси світу, зеніт та надир. Він збігається з площиною земного меридіана спостерігача та ділить небесну сферу на східнуі західну півсферу.
Крапки півночі та півдня- Точки перетину небесного меридіана з істинним горизонтом. Крапка, найближча до Північного полюса світу, називається точкою півночі істинного горизонту З, а точка, найближча до Південного полюса світу, - точкою півдня Ю. Точки сходу і заходу - точки перетину небесного екватора з істинним горизонтом.
Південна лінія- Пряма лінія в площині справжнього горизонту, що з'єднує точки півночі та півдня. Полуденною називається ця лінія тому, що опівдні за місцевим істинним сонячним часом тінь від вертикального жердини збігається з цією лінією, тобто з істинним меридіаном цієї точки.
Крапки перетину небесного меридіана з небесним екватором. Крапка, найближча до південної точки горизонту, називається точкою півдня небесного екватора, А точка, найближча до північної точки горизонту, - точкою півночі небесного екватора.
Вертикал світила
Вертикал світила, або коло висоти, - велике коло на небесній сфері, що проходить через зеніт, надир та світило. Перший вертикал - вертикал, що проходить через точки сходу та заходу.
Коло відміни, або , - велике коло на небесній сфері, що проходить через полюси світу та світило.
Мале коло на небесній сфері, проведений через світило паралельно площині небесного екватора. Видимий добовий рух світил відбувається за добовими паралелями.
Альмукантарат світила
Альмукантарат світила- мале коло на небесній сфері, проведене через світило паралельно площині справжнього горизонту.
Всі зазначені вище елементи небесної сфери активно використовуються для вирішення практичних завдань орієнтування у просторі та визначення положення світил. Залежно від цілей та умов вимірювання застосовують дві різні системи сферичних небесних координат.
В одній системі світило орієнтують щодо справжнього горизонту і називають цю систему, а в іншій – щодо небесного екватора і називають.
У кожній з цих систем положення світила на небесній сфері визначається двома кутовими величинами подібно до того, як за допомогою широти і довготи визначається положення точок на поверхні Землі.