Jaka jest oś nieba. Sfera niebieska i jej elementy

Wszystkie ciała niebieskie znajdują się w niezwykle dużych i bardzo różnych odległościach od nas. Ale nam wydają się równie odległe i jakby położone na pewnej sferze. Przy rozwiązywaniu praktycznych problemów w astronomii lotniczej ważne jest, aby w czasie obserwacji znać nie odległość do gwiazd, ale ich położenie na sferze niebieskiej.

Sfera niebieska to wyimaginowana sfera o nieskończenie dużym promieniu, w której centrum znajduje się obserwator. Rozważając sferę niebieską, jej środek łączy się z okiem obserwatora. Wymiary Ziemi są pomijane, więc środek sfery niebieskiej często łączy się również ze środkiem Ziemi. Oprawy są nakładane na kulę w takiej pozycji, w której są widoczne na niebie w pewnym momencie z danego punktu położenia obserwatora.

Sfera niebieska posiada szereg charakterystycznych punktów, linii i okręgów. Na ryc. 1.1 okrąg o dowolnym promieniu przedstawia sferę niebieską, pośrodku której, wskazany przez punkt O, znajduje się obserwator. Rozważ główne elementy sfery niebieskiej.

Pion obserwatora to linia prosta przechodząca przez środek sfery niebieskiej i pokrywająca się z kierunkiem pionu w punkcie obserwatora. Zenith Z - punkt przecięcia pionu obserwatora ze sferą niebieską, znajdujący się nad głową obserwatora. Nadir Z” - punkt przecięcia pionu obserwatora ze sferą niebieską, przeciwny do zenitu.

Prawdziwy horyzont N E SW W to duży okrąg na sferze niebieskiej, którego płaszczyzna jest prostopadła do pionu obserwatora. Prawdziwy horyzont dzieli sferę niebieską na dwie części: półkulę ponadhoryzontalną, na której znajduje się zenit, oraz półkulę podpoziomową, w której znajduje się nadir.

Oś świata PP” jest linią prostą, wokół której odbywa się widoczny dzienny obrót sfery niebieskiej.

Ryż. 1.1. Podstawowe punkty, linie i okręgi na sferze niebieskiej

Oś świata jest równoległa do osi obrotu Ziemi, a dla obserwatora znajdującego się na jednym z biegunów Ziemi pokrywa się z osią obrotu Ziemi. Pozorny dzienny obrót sfery niebieskiej jest odzwierciedleniem rzeczywistego dziennego obrotu Ziemi wokół własnej osi.

Bieguny świata to punkty przecięcia osi świata ze sferą niebieską. Biegun niebieski, znajdujący się w konstelacji Ursa Minor, nazywa się północnym biegunem niebieskim R, a przeciwny biegun nazywa się południowym R.

Równik niebieski to duży okrąg na sferze niebieskiej, którego płaszczyzna jest prostopadła do osi świata. Płaszczyzna równika niebieskiego dzieli sferę niebieską na półkulę północną, na której znajduje się biegun północny świata, i półkulę południową, na której znajduje się biegun południowy świata.

Południk niebieski lub południk obserwatora to duży okrąg na sferze niebieskiej, przechodzący przez bieguny świata, zenit i nadir. Zbiega się z płaszczyzną południka ziemskiego obserwatora i dzieli sferę niebieską na półkulę wschodnią i zachodnią.

Punkty północ i południe to punkty przecięcia południka niebieskiego z prawdziwym horyzontem. Punkt najbliżej bieguna północnego świata nazywany jest punktem północnym prawdziwego horyzontu C, a punkt najbliższy biegunowi południowemu świata nazywany jest punktem południowym Yu. Punkty na wschodzie i zachodzie są punktami przecięcia równika niebieskiego z prawdziwym horyzontem.

Linia południa - linia prosta w płaszczyźnie prawdziwego horyzontu, łącząca punkty północy i południa. Linia ta nazywana jest południem, ponieważ w południe, lokalnego prawdziwego czasu słonecznego, cień z pionowego bieguna pokrywa się z tą linią, to znaczy z prawdziwym południkiem tego punktu.

Południowy i północny punkt równika niebieskiego to punkty przecięcia południka niebieskiego z równikiem niebieskim. Punkt najbliższy południowemu punktowi horyzontu nazywany jest południowym punktem równika niebieskiego, a punkt najbliżej północnego punktu horyzontu nazywany jest punktem północnym

Pion oprawy lub krąg wysokości to duży okrąg na sferze niebieskiej, przechodzący przez zenit, nadir i oprawę. Pierwszy pion to pion przechodzący przez punkty wschodu i zachodu.

Koło deklinacji lub godzinne koło oprawy, PMP to duży okrąg na sferze niebieskiej, przechodzący przez bieguny myoa i oprawy.

Dzienny równoleżnik oprawy to mały okrąg na sferze niebieskiej, poprowadzony przez oprawę równoległą do płaszczyzny równika niebieskiego. Widoczny dzienny ruch opraw odbywa się wzdłuż dziennych równoleżników.

Almukantarat oprawy AMAG - mały okrąg na sferze niebieskiej, poprowadzony przez oprawę równolegle do płaszczyzny prawdziwego horyzontu.

Rozważane elementy sfery niebieskiej są szeroko stosowane w astronomii lotniczej.

§ 48. Sfera niebieska. Podstawowe punkty, linie i okręgi na sferze niebieskiej

Sfera niebieska to sfera o dowolnym promieniu wyśrodkowana w dowolnym punkcie przestrzeni. Za jego środek, w zależności od sformułowania problemu, weź oko obserwatora, środek narzędzia, środek Ziemi itp.

Rozważ główne punkty i okręgi sfery niebieskiej, w centrum których znajduje się oko obserwatora (ryc. 72). Narysuj pion przez środek sfery niebieskiej. Punkty przecięcia pionu ze sferą nazywane są zenitem Z i nadirem n.

Ryż. 72.

Nazywa się płaszczyznę przechodzącą przez środek sfery niebieskiej prostopadle do pionu prawdziwa płaszczyzna horyzontu. Płaszczyzna ta, przecinająca się ze sferą niebieską, tworzy krąg wielkiego koła, zwanego prawdziwym horyzontem. Ta ostatnia dzieli sferę niebieską na dwie części: nadpoziomową i podpoziomową.

Linia prosta przechodząca przez środek sfery niebieskiej równoległa do osi Ziemi nazywana jest osią świata. Nazywa się punkty przecięcia osi świata ze sferą niebieską bieguny świata. Jeden z biegunów, odpowiadający biegunom Ziemi, nazywany jest północnym biegunem niebieskim i jest oznaczony jako Pn, drugi nazywany jest południowym biegunem niebieskim Ps.

Nazywa się płaszczyznę QQ” przechodzącą przez środek sfery niebieskiej prostopadłej do osi świata płaszczyzna równika niebieskiego. Ta płaszczyzna, przecinająca się ze sferą niebieską, tworzy okrąg dużego koła - równik niebieski, który dzieli sferę niebieską na część północną i południową.

Wielki krąg sfery niebieskiej przechodzący przez bieguny świata, zenit i nadir, nazywa się południk obserwatora PN nPsz. Oś świata dzieli południk obserwatora na część południową PN ZPs i północną PN nPs.

Południk obserwatora przecina się z prawdziwym horyzontem w dwóch punktach: północnym punkcie N i południowym punkcie S. Nazywa się linię prostą łączącą punkty północne i południowe linia południowa.

Jeśli spojrzysz ze środka kuli na punkt N, to po prawej stronie będzie wschodni punkt Ost, a po lewej zachodni punkt W. Małe okręgi sfery niebieskiej aa "równolegle do płaszczyzny prawdziwy horyzont nazywa się almukantarany; małe bb" równoległe do płaszczyzny równika niebieskiego, - niebiańskie paralele.

Kręgi sfery niebieskiej Zon przechodzące przez punkty zenitu i nadiru nazywane są pionów. Pion przechodzący przez punkty wschód i zachód nazywany jest pierwszym pionem.

Kręgi sfery niebieskiej PnoP przechodzące przez bieguny niebieskie są nazywane kręgi deklinacyjne.

Południk obserwatora jest zarówno pionem, jak i kołem deklinacji. Dzieli sferę niebieską na dwie części - wschodnią i zachodnią.

Biegun świata, znajdujący się nad horyzontem (poniżej horyzontu), nazywany jest podwyższonym (obniżonym) biegunem świata. Nazwa wyniesionego bieguna świata ma zawsze tę samą nazwę, co nazwa szerokości geograficznej miejsca.

Oś świata z płaszczyzną prawdziwego horyzontu tworzy kąt równy szerokość geograficzna miejsca.

Położenie opraw na sferze niebieskiej określa się za pomocą sferycznych układów współrzędnych. W astronomii morskiej stosuje się układy współrzędnych poziomych i równikowych.

SFERA NIEBIESKA
Kiedy obserwujemy niebo, wszystkie obiekty astronomiczne wydają się znajdować na powierzchni w kształcie kopuły, w centrum której znajduje się obserwator. Ta wyimaginowana kopuła tworzy górną połowę wyobrażonej sfery, która nazywana jest „sferą niebiańską”. Odgrywa fundamentalną rolę we wskazywaniu pozycji obiektów astronomicznych.

Chociaż Księżyc, planety, Słońce i gwiazdy znajdują się w różnych odległościach od nas, nawet najbliższe z nich są tak daleko, że nie jesteśmy w stanie oszacować ich odległości na oko. Kierunek do gwiazdy nie zmienia się, gdy poruszamy się po powierzchni Ziemi. (To prawda, że zmienia się nieznacznie, gdy Ziemia porusza się po swojej orbicie, ale to przesunięcie paralaktyczne można zauważyć tylko za pomocą najdokładniejszych instrumentów.) Wydaje nam się, że sfera niebieska obraca się, ponieważ światła wznoszą się na wschodzie i na zachodzie. Powodem tego jest obrót Ziemi z zachodu na wschód. Pozorny obrót sfery niebieskiej następuje wokół wyobrażonej osi, która kontynuuje oś obrotu Ziemi. Oś ta przecina sferę niebieską w dwóch punktach, zwanych północnym i południowym „biegunami świata”. Północny biegun nieba leży w odległości około jednego stopnia od Gwiazdy Północnej, aw pobliżu bieguna południowego nie ma żadnych jasnych gwiazd.

Oś obrotu Ziemi jest nachylona o około 23,5° w stosunku do prostopadłej narysowanej płaszczyzny orbity Ziemi (do płaszczyzny ekliptyki). Przecięcie tej płaszczyzny ze sferą niebieską daje okrąg - ekliptykę, pozorną drogę Słońca w ciągu roku. Orientacja osi Ziemi w przestrzeni prawie się nie zmienia. Tak więc każdego roku w czerwcu, kiedy północny koniec osi jest pochylony w kierunku Słońca, wznosi się wysoko na niebie na półkuli północnej, gdzie dni stają się długie, a noce krótkie. Po przejściu w grudniu na przeciwną stronę orbity Ziemia zwraca się ku Słońcu z półkulą południową, a na naszej północy dni stają się krótsze, a noce dłuższe.
Zobacz też PORY ROKU . Jednak pod wpływem przyciągania słonecznego i księżycowego orientacja osi Ziemi wciąż się stopniowo zmienia. Główny ruch osi, wywołany wpływem Słońca i Księżyca na równikowe wybrzuszenie Ziemi, nazywany jest precesją. W wyniku precesji oś Ziemi powoli obraca się wokół prostopadłej do płaszczyzny orbity, opisując stożek o promieniu 23,5° w ciągu 26 tysięcy lat. Z tego powodu za kilka stuleci biegun nie będzie już blisko Gwiazdy Północnej. Ponadto oś Ziemi ulega niewielkim fluktuacjom, zwanym nutacją i związanymi z eliptycznością orbit Ziemi i Księżyca, a także faktem, że płaszczyzna orbity Księżyca jest lekko nachylona do płaszczyzny orbity Ziemi. Jak już wiemy, wygląd sfery niebieskiej w nocy zmienia się na skutek obrotu Ziemi wokół własnej osi. Ale nawet jeśli obserwujesz niebo o tej samej porze roku, jego wygląd zmieni się z powodu obrotu Ziemi wokół Słońca. Zajmuje to około. 3651/4 dni - około jednego stopnia dziennie. Nawiasem mówiąc, dzień, a raczej dzień słoneczny, to czas, w którym Ziemia raz obraca się wokół własnej osi względem Słońca. Składa się on z czasu potrzebnego Ziemi na zakończenie obrotu względem gwiazd („dzień gwiezdny”) oraz z niewielkiej ilości czasu – około czterech minut – wymaganej do tego, aby obrót skompensował ruch orbitalny Ziemi na dzień o jeden stopień. Tak więc za rok ok. 3651/4 dni słonecznych i ok. godz. 3661/4 gwiezdny.
Patrząc z pewnego punktu
Ziemskie gwiazdy znajdujące się w pobliżu biegunów albo zawsze znajdują się nad horyzontem, albo nigdy nad nim nie wznoszą się. Wszystkie inne gwiazdy wschodzą i zachodzą, a każdego dnia wschody i zachody każdej gwiazdy następują 4 minuty wcześniej niż poprzedniego dnia. Niektóre gwiazdy i konstelacje wznoszą się na niebie nocą w okresie zimowym - nazywamy je "zimą", a inne - "latem". Tak więc widok sfery niebieskiej jest determinowany przez trzy razy: porę dnia związaną z obrotem Ziemi; pora roku związana z krążeniem wokół słońca; epoka związana z precesją (choć ten ostatni efekt jest ledwo zauważalny „na oko” nawet przez 100 lat).
Układy współrzędnych. Istnieją różne sposoby wskazywania położenia obiektów na sferze niebieskiej. Każdy z nich nadaje się do zadań określonego typu.
System azymutalny. Aby wskazać pozycję obiektu na niebie w stosunku do obiektów ziemskich otaczających obserwatora, używany jest układ współrzędnych „alt-azymut” lub „poziomy”. Wskazuje odległość kątową obiektu nad horyzontem, zwaną „wysokość”, a także jego „azymut” - odległość kątową wzdłuż horyzontu od punktu warunkowego do punktu znajdującego się bezpośrednio pod obiektem. W astronomii azymut mierzy się od punktu z południa na zachód, aw geodezji i nawigacji - od punktu z północy na wschód. Dlatego przed użyciem azymutu musisz dowiedzieć się, w jakim systemie jest on wskazany. Punkt na niebie bezpośrednio nad głową ma wysokość 90 ° i nazywany jest „zenitem”, a punkt diametralnie przeciwny do niego (pod stopami) nazywany jest „nadirem”. Dla wielu zadań ważny jest duży krąg sfery niebieskiej, zwany „południkiem niebieskim”; przechodzi przez zenit, nadir i bieguny niebieskie i przecina horyzont w punktach na północ i południe.
układ równikowy. Ze względu na obrót Ziemi gwiazdy nieustannie poruszają się względem horyzontu i punktów kardynalnych, a ich współrzędne w układzie poziomym zmieniają się. Ale w przypadku niektórych zadań astronomicznych układ współrzędnych musi być niezależny od pozycji obserwatora i pory dnia. Taki system nazywa się „równikowym”; jego współrzędne przypominają szerokości i długości geograficzne. W nim płaszczyzna równika ziemskiego, przedłużona do przecięcia ze sferą niebieską, wyznacza główny okrąg - „równik niebieski”. „Deklinacja” gwiazdy przypomina szerokość geograficzną i jest mierzona jej odległością kątową na północ lub południe od równika niebieskiego. Jeśli gwiazda jest widoczna dokładnie w zenicie, to szerokość geograficzna miejsca obserwacji jest równa deklinacji gwiazdy. Długość geograficzna odpowiada „rektascensji” gwiazdy. Mierzy się ją na wschód od punktu przecięcia ekliptyki z równikiem niebieskim, przez który Słońce przechodzi w marcu, w dniu początku wiosny na półkuli północnej i jesieni na półkuli południowej. Ten ważny dla astronomii punkt nazywa się „pierwszym punktem Barana” lub „punktem równonocy wiosennej” i jest oznaczony znakiem
inne systemy. Do niektórych celów używane są również inne układy współrzędnych na sferze niebieskiej. Na przykład, badając ruch ciał w Układzie Słonecznym, używają układu współrzędnych, którego główną płaszczyzną jest płaszczyzna orbity Ziemi. Struktura Galaktyki jest badana w układzie współrzędnych, którego główną płaszczyzną jest płaszczyzna równikowa Galaktyki, reprezentowana na niebie przez okrąg przechodzący wzdłuż Drogi Mlecznej.
Porównanie układów współrzędnych. Na rysunkach przedstawiono najważniejsze szczegóły układu poziomego i równikowego. W tabeli te układy porównano z układem współrzędnych geograficznych.
Przejście z jednego systemu do drugiego. Często zachodzi potrzeba obliczenia jej współrzędnych równikowych ze współrzędnych azymutalnych gwiazdy i na odwrót. Aby to zrobić, konieczne jest poznanie momentu obserwacji i pozycji obserwatora na Ziemi. Matematycznie problem został rozwiązany za pomocą trójkąta sferycznego z wierzchołkami w zenicie, północnym biegunie niebieskim i gwieździe X; nazywa się to „trójkątem astronomicznym”. Kąt z wierzchołkiem na biegunie północnym świata między południkiem obserwatora a kierunkiem do dowolnego punktu sfery niebieskiej nazywany jest „kątem godzinnym” tego punktu; jest mierzony na zachód od południka. Kąt godzinny równonocy wiosennej, wyrażony w godzinach, minutach i sekundach, nazywany jest „czasem syderycznym” (Si.T. – czas syderyczny) w punkcie obserwacji. A ponieważ rektascensja gwiazdy jest również kątem biegunowym między kierunkiem do niej a równonocą wiosenną, czas gwiezdny jest równy rektascensji wszystkich punktów leżących na południku obserwatora. Zatem kąt godzinny dowolnego punktu na sferze niebieskiej jest równy różnicy między czasem gwiezdnym a jego rektascencją:

Niech szerokość geograficzna obserwatora będzie równa j. Jeżeli podano współrzędne równikowe gwiazdy a i d, to jej współrzędne poziome a i można obliczyć za pomocą następujących wzorów: Można również rozwiązać problem odwrotny: używając zmierzonych wartości a i h, znając czas, obliczyć a i d. Deklinacja d jest liczona bezpośrednio z ostatniego wzoru, następnie H jest liczone z przedostatniego, a a jest liczone od pierwszego, jeśli znany jest czas gwiazdowy.
Reprezentacja sfery niebieskiej. Przez wieki naukowcy szukali najlepszego sposobu na przedstawienie sfery niebieskiej do badań lub demonstracji. Zaproponowano dwa typy modeli: dwuwymiarowy i trójwymiarowy. Sferę niebieską można przedstawić na płaszczyźnie w taki sam sposób, jak na mapach przedstawia się kulę Ziemi. W obu przypadkach należy wybrać układ rzutowania geometrycznego. Pierwszą próbą przedstawienia przekrojów sfery niebieskiej na płaszczyźnie były rzeźby naskalne przedstawiające gwiezdne konfiguracje w jaskiniach starożytnych ludzi. Obecnie publikowane są różne mapy gwiazd w formie ręcznie rysowanych lub fotograficznych atlasów gwiazd obejmujących całe niebo. Starożytni chińscy i greccy astronomowie przedstawiali sferę niebieską w modelu znanym jako „sfera armilarna”. Składa się z metalowych kręgów lub pierścieni połączonych ze sobą tak, aby pokazać najważniejsze kręgi sfery niebieskiej. Obecnie często używa się globusów gwiezdnych, na których zaznaczono pozycje gwiazd i główne kręgi sfery niebieskiej. Sfery i globusy armilarne mają wspólną wadę: położenie gwiazd i oznaczenia okręgów zaznaczono na ich zewnętrznej, wypukłej stronie, którą oglądamy z zewnątrz, podczas gdy patrzymy na niebo „od wewnątrz”, a gwiazdy wydają się nam umieszczone po wklęsłej stronie sfery niebieskiej. Prowadzi to czasami do zamieszania w kierunkach ruchu gwiazd i konstelacji. Planetarium daje najbardziej realistyczną reprezentację sfery niebieskiej. Optyczna projekcja gwiazd na półkulisty ekran od wewnątrz umożliwia bardzo dokładne odwzorowanie wyglądu nieba i wszelkiego rodzaju ruchów na nim opraw.
Zobacz też
ASTRONOMIA I ASTROFIZYKA;
PLANETARIUM;
GWIAZDY .

Encyklopedia Colliera. - Społeczeństwo otwarte. 2000 .

- wyimaginowana sfera pomocnicza o dowolnym promieniu, na którą rzutowane są ciała niebieskie. Jest używany w astronomii do badania względnego położenia i ruchu obiektów kosmicznych na podstawie określenia ich współrzędnych na sferze niebieskiej ... ... - wyimaginowanej pomocniczej sfery o dowolnym promieniu, na którą rzutowane są ciała niebieskie. Wykorzystywany jest w astronomii do badania względnego położenia i ruchu obiektów kosmicznych na podstawie określenia ich współrzędnych na sferze niebieskiej.... ... słownik encyklopedyczny

Wyimaginowana sfera pomocnicza o dowolnym promieniu, na którą rzutowane są ciała niebieskie; służy do rozwiązywania różnych problemów astrometrycznych. Reprezentacja N. z. pochodzi z czasów starożytnych; opierał się na wizualizacji ... ... Wielka radziecka encyklopedia

Wyimaginowana sfera o dowolnym promieniu, na której przedstawione są ciała niebieskie widziane z punktu obserwacyjnego na powierzchni Ziemi (topocentryczne. N. s.) lub tak, jak byłyby widziane ze środka Ziemi (geocentryczne. N. s.) lub środek Słońca … … Duży encyklopedyczny słownik politechniczny

sfera niebieska- dangaus sfera statusas T sritis fizika atitikmenys: angl. sfera niebieska vok. Himmelskugel, f; Himmelsspare, fr. sfera niebieska, f; firmament, m pran. sphère céleste, f … Fizikos terminų žodynas

Treść artykułu

SFERA NIEBIESKA. Kiedy obserwujemy niebo, wszystkie obiekty astronomiczne wydają się znajdować na powierzchni w kształcie kopuły, w centrum której znajduje się obserwator. Ta wyimaginowana kopuła tworzy górną połowę wyobrażonej sfery, która nazywana jest „sferą niebiańską”. Odgrywa fundamentalną rolę we wskazywaniu pozycji obiektów astronomicznych.

Jednak pod wpływem przyciągania słonecznego i księżycowego orientacja osi Ziemi wciąż się stopniowo zmienia. Główny ruch osi, wywołany wpływem Słońca i Księżyca na równikowe wybrzuszenie Ziemi, nazywany jest precesją. W wyniku precesji oś Ziemi powoli obraca się wokół prostopadłej do płaszczyzny orbity, opisując stożek o promieniu 23,5° w ciągu 26 tysięcy lat. Z tego powodu za kilka stuleci biegun nie będzie już blisko Gwiazdy Północnej. Ponadto oś Ziemi ulega niewielkim fluktuacjom, zwanym nutacją i związanymi z eliptycznością orbit Ziemi i Księżyca, a także faktem, że płaszczyzna orbity Księżyca jest lekko nachylona do płaszczyzny orbity Ziemi.

Jak już wiemy, wygląd sfery niebieskiej w nocy zmienia się na skutek obrotu Ziemi wokół własnej osi. Ale nawet jeśli obserwujesz niebo o tej samej porze roku, jego wygląd zmieni się z powodu obrotu Ziemi wokół Słońca. Zajmuje to około. 365 1/4 dnia - około stopnia dziennie. Nawiasem mówiąc, dzień, a raczej dzień słoneczny, to czas, w którym Ziemia raz obraca się wokół własnej osi względem Słońca. Składa się z czasu potrzebnego Ziemi na obrót wokół gwiazd („dzień gwiezdny”) oraz z niewielkiej ilości czasu — około czterech minut — na skompensowanie ruchu orbitalnego Ziemi o jeden stopień dziennie. Tak więc za rok ok. 365 1/4 dni słonecznych i ok. 1 godz. 366 1/4 gwiazdki.

Oglądane z pewnego punktu na Ziemi gwiazdy znajdujące się w pobliżu biegunów albo zawsze znajdują się nad horyzontem, albo nigdy ponad nim nie wznoszą się. Wszystkie inne gwiazdy wschodzą i zachodzą, a każdego dnia wschody i zachody każdej gwiazdy następują 4 minuty wcześniej niż poprzedniego dnia. Niektóre gwiazdy i konstelacje wznoszą się na niebie nocą zimą - nazywamy je „zimą”, a inne „latem”.

Tak więc widok sfery niebieskiej jest determinowany przez trzy razy: porę dnia związaną z obrotem Ziemi; pora roku związana z krążeniem wokół słońca; epoka związana z precesją (choć ten ostatni efekt jest ledwo zauważalny „na oko” nawet za 100 lat).

Układy współrzędnych.

Istnieją różne sposoby wskazywania położenia obiektów na sferze niebieskiej. Każdy z nich nadaje się do zadań określonego typu.

System azymutalny.

Aby wskazać pozycję obiektu na niebie w stosunku do obiektów ziemskich otaczających obserwatora, używany jest układ współrzędnych „alt-azymut” lub „poziomy”. Wskazuje odległość kątową obiektu nad horyzontem, zwaną „wysokość”, a także jego „azymut” - odległość kątową wzdłuż horyzontu od punktu warunkowego do punktu znajdującego się bezpośrednio pod obiektem. W astronomii azymut mierzy się od punktu z południa na zachód, aw geodezji i nawigacji od punktu z północy na wschód. Dlatego przed użyciem azymutu musisz dowiedzieć się, w jakim systemie jest on wskazany. Punkt na niebie bezpośrednio nad głową ma wysokość 90 ° i nazywany jest „zenitem”, a punkt diametralnie przeciwny do niego (pod stopami) nazywany jest „nadirem”. Dla wielu zadań ważny jest duży krąg sfery niebieskiej, zwany „południkiem niebieskim”; przechodzi przez zenit, nadir i bieguny niebieskie i przecina horyzont w punktach na północ i południe.

układ równikowy.

Ze względu na obrót Ziemi gwiazdy nieustannie poruszają się względem horyzontu i punktów kardynalnych, a ich współrzędne w układzie poziomym zmieniają się. Ale w przypadku niektórych zadań astronomicznych układ współrzędnych musi być niezależny od pozycji obserwatora i pory dnia. Taki system nazywa się „równikowym”; jego współrzędne przypominają szerokości i długości geograficzne. W nim płaszczyzna równika ziemskiego, przedłużona do przecięcia ze sferą niebieską, wyznacza główny okrąg - „równik niebieski”. „Deklinacja” gwiazdy przypomina szerokość geograficzną i jest mierzona jej odległością kątową na północ lub południe od równika niebieskiego. Jeśli gwiazda jest widoczna dokładnie w zenicie, to szerokość geograficzna miejsca obserwacji jest równa deklinacji gwiazdy. Długość geograficzna odpowiada „rektascensji” gwiazdy. Mierzy się ją na wschód od punktu przecięcia ekliptyki z równikiem niebieskim, przez który Słońce przechodzi w marcu, w dniu początku wiosny na półkuli północnej i jesieni na półkuli południowej. Ten ważny dla astronomii punkt nazywa się „pierwszym punktem Barana” lub „punktem równonocy wiosennej” i jest oznaczony znakiem. Wartości rektascensji są zwykle podawane w godzinach i minutach, biorąc pod uwagę 24 godziny jako 360°.

System równikowy jest używany podczas obserwacji przez teleskopy. Teleskop jest zainstalowany tak, aby mógł obracać się ze wschodu na zachód wokół osi skierowanej do bieguna niebieskiego, kompensując w ten sposób obrót Ziemi.

inne systemy.

Do niektórych celów używane są również inne układy współrzędnych na sferze niebieskiej. Na przykład, badając ruch ciał w Układzie Słonecznym, używają układu współrzędnych, którego główną płaszczyzną jest płaszczyzna orbity Ziemi. Struktura Galaktyki jest badana w układzie współrzędnych, którego główną płaszczyzną jest płaszczyzna równikowa Galaktyki, reprezentowana na niebie przez okrąg przechodzący wzdłuż Drogi Mlecznej.

Porównanie układów współrzędnych.

Na rysunkach przedstawiono najważniejsze szczegóły układu poziomego i równikowego. W tabeli te układy porównano z układem współrzędnych geograficznych.

Tabela: Porównanie układów współrzędnych

PORÓWNANIE UKŁADÓW WSPÓŁRZĘDNYCH
Charakterystyka	System azymutalny	układ równikowy	System geograficzny
Koło podstawowe	Horyzont	równik niebieski	Równik
Polacy	Zenit i nadir	Bieguny północne i południowe świata	Bieguny północne i południowe
Odległość kątowa od głównego okręgu	Wzrost	deklinacja	Szerokość
Odległość kątowa wzdłuż okręgu podstawowego	Azymut	rektascensja	Długość geograficzna
Punkt zakotwiczenia na głównym okręgu	Skieruj się na południe na horyzoncie (w geodezji - punkt północy)	punkt równonocy wiosennej	Skrzyżowanie z południkiem Greenwich

Przejście z jednego systemu do drugiego.

Często zachodzi potrzeba obliczenia jej współrzędnych równikowych ze współrzędnych azymutalnych gwiazdy i na odwrót. Aby to zrobić, konieczne jest poznanie momentu obserwacji i pozycji obserwatora na Ziemi. Matematycznie problem został rozwiązany za pomocą trójkąta sferycznego z wierzchołkami w zenicie, północnym biegunie niebieskim i gwieździe X; nazywa się to „trójkątem astronomicznym”.

Kąt z wierzchołkiem na biegunie północnym świata między południkiem obserwatora a kierunkiem do dowolnego punktu sfery niebieskiej nazywany jest „kątem godzinnym” tego punktu; jest mierzony na zachód od południka. Kąt godzinny równonocy wiosennej, wyrażony w godzinach, minutach i sekundach, nazywany jest „czasem syderycznym” (Si.T. – czas syderyczny) w punkcie obserwacji. A ponieważ rektascensja gwiazdy jest również kątem biegunowym między kierunkiem do niej a równonocą wiosenną, czas gwiezdny jest równy rektascensji wszystkich punktów leżących na południku obserwatora.

Zatem kąt godzinny dowolnego punktu na sferze niebieskiej jest równy różnicy między czasem gwiezdnym a jego rektascencją:

Niech szerokość geograficzna obserwatora będzie j. Biorąc pod uwagę współrzędne równikowe gwiazdy a oraz d, to jego współrzędne poziome a oraz można obliczyć za pomocą następujących wzorów:

Możesz również rozwiązać problem odwrotny: zgodnie ze zmierzonymi wartościami a oraz h, znając czas, oblicz a oraz d. deklinacja d oblicza się bezpośrednio z ostatniego wzoru, a następnie oblicza się z przedostatniego H i od początku, jeśli znany jest czas gwiazdowy, to a.

Reprezentacja sfery niebieskiej.

Przez wieki naukowcy szukali najlepszego sposobu na przedstawienie sfery niebieskiej do badań lub demonstracji. Zaproponowano dwa typy modeli: dwuwymiarowy i trójwymiarowy.

Sferę niebieską można przedstawić na płaszczyźnie w taki sam sposób, jak na mapach przedstawia się kulę Ziemi. W obu przypadkach należy wybrać układ rzutowania geometrycznego. Pierwszą próbą przedstawienia przekrojów sfery niebieskiej na płaszczyźnie były rzeźby naskalne przedstawiające gwiezdne konfiguracje w jaskiniach starożytnych ludzi. Obecnie publikowane są różne mapy gwiazd w formie ręcznie rysowanych lub fotograficznych atlasów gwiazd obejmujących całe niebo.

Starożytni chińscy i greccy astronomowie przedstawiali sferę niebieską w modelu znanym jako „sfera armilarna”. Składa się z metalowych kręgów lub pierścieni połączonych ze sobą tak, aby pokazać najważniejsze kręgi sfery niebieskiej. Obecnie często używa się globusów gwiezdnych, na których zaznaczono pozycje gwiazd i główne kręgi sfery niebieskiej. Sfery i globusy armilarne mają wspólną wadę: położenie gwiazd i oznaczenia okręgów zaznaczono na ich zewnętrznej, wypukłej stronie, którą oglądamy z zewnątrz, podczas gdy patrzymy na niebo „od wewnątrz”, a gwiazdy wydają się nam umieszczone po wklęsłej stronie sfery niebieskiej. Prowadzi to czasami do zamieszania w kierunkach ruchu gwiazd i konstelacji.

Planetarium daje najbardziej realistyczną reprezentację sfery niebieskiej. Optyczna projekcja gwiazd na półkulisty ekran od wewnątrz umożliwia bardzo dokładne odwzorowanie wyglądu nieba i wszelkiego rodzaju ruchów na nim opraw.

Punkty i linie sfery niebieskiej - jak znaleźć almucantarat, w którym przechodzi równik niebieski, czyli południk niebieski.

Czym jest sfera niebieska?

Sfera niebieska- pojęcie abstrakcyjne, wyimaginowana sfera o nieskończenie dużym promieniu, której środkiem jest obserwator. Jednocześnie środek sfery niebieskiej znajduje się niejako na poziomie oczu obserwatora (innymi słowy, wszystko, co widzisz nad głową od horyzontu do horyzontu, jest właśnie tą sferą). Jednak dla ułatwienia percepcji możemy rozważyć środek sfery niebieskiej i środek Ziemi, nie ma w tym błędu. Pozycje gwiazd, planet, Słońca i Księżyca są nanoszone na sferę w pozycji, w której są widoczne na niebie w określonym momencie z danego punktu położenia obserwatora.

Innymi słowy, chociaż obserwując położenie źródeł światła w sferze niebieskiej, my będąc w różnych miejscach na planecie będziemy stale widzieć nieco inny obraz, znając zasady „działania” sfery niebieskiej, patrząc na na nocnym niebie możemy z łatwością zorientować się w ziemi za pomocą prostej techniki. Znając widok z góry w punkcie A, porównamy go z widokiem nieba w punkcie B, a dzięki odchyleniom znanych punktów orientacyjnych możemy dokładnie zrozumieć, gdzie jesteśmy teraz.

Ludzie od dawna wymyślili szereg narzędzi ułatwiających nam zadanie. Jeśli poruszasz się po „ziemskim” globie po prostu za pomocą szerokości i długości geograficznej, wówczas szereg podobnych elementów - punktów i linii jest również przewidzianych dla „niebiańskiego” globu - sfery niebieskiej.

Sfera niebieska i pozycja obserwatora. Jeśli obserwator się poruszy, to cała widoczna dla niego kula poruszy się.

Elementy sfery niebieskiej

Sfera niebieska ma wiele charakterystycznych punktów, linii i okręgów, rozważmy główne elementy sfery niebieskiej.

Obserwator pionowy

Obserwator pionowy- linia prosta przechodząca przez środek sfery niebieskiej i pokrywająca się z kierunkiem pionu w punkcie obserwatora. Zenit- punkt przecięcia pionu obserwatora ze sferą niebieską, znajdujący się nad głową obserwatora. Nadir- punkt przecięcia pionu obserwatora ze sferą niebieską, przeciwny do zenitu.

Prawdziwy horyzont- duży okrąg na sferze niebieskiej, którego płaszczyzna jest prostopadła do pionu obserwatora. Prawdziwy horyzont dzieli sferę niebieską na dwie części: półkula ponadpozioma gdzie znajduje się zenit, i półkula podpozioma, w którym znajduje się nadir.

Oś świata (oś Ziemi)- linia prosta, wokół której następuje widoczny dzienny obrót sfery niebieskiej. Oś świata jest równoległa do osi obrotu Ziemi, a dla obserwatora znajdującego się na jednym z biegunów Ziemi pokrywa się z osią obrotu Ziemi. Pozorny dzienny obrót sfery niebieskiej jest odzwierciedleniem rzeczywistego dziennego obrotu Ziemi wokół własnej osi. Bieguny świata to punkty przecięcia osi świata ze sferą niebieską. Nazywa się biegun świata, znajdujący się w konstelacji Ursa Minor biegun północnyświat, a przeciwny biegun nazywa się biegun południowy.

Duży okrąg na sferze niebieskiej, którego płaszczyzna jest prostopadła do osi świata. Płaszczyzna równika niebieskiego dzieli sferę niebieską na półkula północna, w którym znajduje się Biegun Północny Świata, oraz półkula południowa gdzie znajduje się Biegun Południowy Świata.

Albo południk obserwatora - duży okrąg na sferze niebieskiej, przechodzący przez bieguny świata, zenit i nadir. Zbiega się z płaszczyzną południka ziemskiego obserwatora i dzieli sferę niebieską na wschodni oraz Zachodnia półkula.

Punkty na północ i południe- punkty przecięcia południka niebieskiego z prawdziwym horyzontem. Punkt najbliżej bieguna północnego świata nazywany jest punktem północnym prawdziwego horyzontu C, a punkt najbliższy biegunowi południowemu świata nazywany jest punktem południowym Yu. Punkty na wschodzie i zachodzie są punktami przecięcia równika niebieskiego z prawdziwym horyzontem.

linia południowa- linia prosta w płaszczyźnie prawdziwego horyzontu, łącząca punkty północy i południa. Linia ta nazywana jest południem, ponieważ w południe, lokalnego prawdziwego czasu słonecznego, cień z pionowego bieguna pokrywa się z tą linią, to znaczy z prawdziwym południkiem tego punktu.

Punkty przecięcia południka niebieskiego z równikiem niebieskim. Nazywa się punkt najbliżej południowego punktu horyzontu punkt na południe od równika niebieskiego, a punkt najbliżej północnego punktu horyzontu to punkt na północ od równika niebieskiego.

Oprawy pionowe

Oprawy pionowe, lub krąg wzrostu, - duży okrąg na sferze niebieskiej, przechodzący przez zenit, nadir i oświetlenie. Pierwszy pion to pion przechodzący przez punkty wschodu i zachodu.

Koło deklinacji, lub , - duży okrąg na sferze niebieskiej, przechodzący przez bieguny świata i światła.

Mały okrąg na sferze niebieskiej, poprowadzony przez oprawę równoległą do płaszczyzny równika niebieskiego. Widoczny dzienny ruch opraw odbywa się wzdłuż dziennych równoleżników.

luminarze Almukantaratu

luminarze Almukantaratu- mały okrąg na sferze niebieskiej, poprowadzony przez oprawę równoległą do płaszczyzny prawdziwego horyzontu.

Wszystkie wymienione powyżej elementy sfery niebieskiej są aktywnie wykorzystywane do rozwiązywania praktycznych problemów orientacji w przestrzeni i określania położenia gwiazd. W zależności od celów i warunków pomiaru stosuje się dwa różne systemy. sferyczne współrzędne niebieskie.

W jednym systemie oprawa jest zorientowana względem prawdziwego horyzontu i nazywana jest tym układem, aw drugim względem równika niebieskiego i jest nazywana.

W każdym z tych układów położenie oprawy na sferze niebieskiej jest określane przez dwie wartości kątowe, tak jak położenie punktów na powierzchni Ziemi określa się za pomocą szerokości i długości geograficznej.