Warstwy sfery niebieskiej. Sfera niebieska
Pomocnicza sfera niebieska
Układy współrzędnych stosowane w astronomii geodezyjnej
Szerokości i długości geograficzne punktów na powierzchni Ziemi oraz azymuty kierunków wyznaczane są z obserwacji ciał niebieskich – Słońca i gwiazd. Aby to zrobić, konieczne jest poznanie położenia opraw oświetleniowych zarówno względem Ziemi, jak i względem siebie. Pozycje opraw można ustawić w dogodnych układach współrzędnych. Jak wiadomo z geometrii analitycznej, do określenia położenia gwiazdy s można użyć prostokątnego kartezjańskiego układu współrzędnych XYZ lub biegunowego a, b, R (rys. 1).
W prostokątnym układzie współrzędnych położenie gwiazdy s jest określone przez trzy współrzędne liniowe X, Y, Z. W układzie współrzędnych biegunowych położenie gwiazdy s jest określone przez jedną współrzędną liniową, wektor promienia R = Оs oraz dwie kątowe: kąt a między osią X i rzut wektora promienia na płaszczyznę współrzędnych XOY, oraz kąt b między płaszczyzną współrzędnych XOY a wektorem promienia R. Zależność między współrzędnymi prostokątnymi i biegunowymi opisują wzory
X=R sałata b sałata a,
Y=R sałata b grzech a,
Z=R grzech b,
Systemy te są stosowane w przypadkach, gdy znane są odległości liniowe R = Os do ciał niebieskich (np. dla Słońca, Księżyca, planet, sztucznych satelitów Ziemi). Jednak w przypadku wielu źródeł światła obserwowanych poza Układem Słonecznym odległości te są albo niezwykle duże w porównaniu z promieniem Ziemi, albo nieznane. Aby uprościć rozwiązanie problemów astronomicznych i obejść się bez odległości od opraw, uważa się, że wszystkie oprawy znajdują się w dowolnej, ale tej samej odległości od obserwatora. Zwykle odległość ta jest równa jeden, w wyniku czego położenie opraw w przestrzeni można określić nie trzema, ale dwiema współrzędnymi kątowymi aib układu biegunowego. Wiadomo, że miejscem położenia punktów równoodległych od danego punktu „O” jest kula wyśrodkowana w tym punkcie.
Pomocnicza sfera niebieska - wyimaginowana sfera o dowolnym lub jednostkowym promieniu, na którą rzutowane są obrazy ciał niebieskich (ryc. 2). Pozycja dowolnego ciała s na sferze niebieskiej jest określana za pomocą dwóch współrzędnych sferycznych, a i b:
x= sałata b sałata a,
y= sałata b grzech a,
z= grzech b.
W zależności od tego, gdzie znajduje się środek sfery niebieskiej O, istnieją:
1)topocentryczny sfera niebieska - środek znajduje się na powierzchni Ziemi;
2)geocentryczny sfera niebieska - środek pokrywa się ze środkiem masy Ziemi;
3)heliocentryczny sfera niebieska - środek jest wyrównany ze środkiem Słońca;
4) barycentryczny sfera niebieska - środek znajduje się w środku ciężkości Układu Słonecznego.
Główne okręgi, punkty i linie sfery niebieskiej pokazano na rys.3.
Jednym z głównych kierunków względem powierzchni Ziemi jest kierunek pion lub grawitacja w punkcie obserwacji. Kierunek ten przecina sferę niebieską w dwóch diametralnie przeciwnych punktach - Z i Z. Punkt Z znajduje się powyżej środka i jest nazywany zenit, Z” - pod środkiem i nazywa się nadir.
Narysuj przez środek płaszczyznę prostopadłą do pionu ZZ”. Wielki okrąg NESW utworzony przez tę płaszczyznę nazywa się horyzont niebiański (prawdziwy) lub astronomiczny. Jest to główna płaszczyzna topocentrycznego układu współrzędnych. Ma cztery punkty S, W, N, E, gdzie S to punkt południowy,N- północny punkt, W - punkt Zachodu, E- punkt Wschodu. Linia prosta NS nazywa się linia południowa.
Linia prosta P N P S , poprowadzona przez środek sfery niebieskiej równoległa do osi obrotu Ziemi, nazywa się oś świata. Punkty P N - biegun północny świata; PS - biegun południowy świata. Wokół osi Świata widoczny jest dzienny ruch sfery niebieskiej.
Narysujmy przez środek płaszczyznę prostopadłą do osi świata P N P S . Wielkie koło QWQ "E, powstałe w wyniku przecięcia tej płaszczyzny sfery niebieskiej, nazywa się równik niebieski (astronomiczny). Tutaj Q jest najwyższy punkt równika(nad horyzontem), Q "- najniższy punkt równika(pod horyzontem). Równik niebieski i horyzont niebieski przecinają się w punktach W i E.
Płaszczyzna P N ZQSP S Z „Q” N, zawierająca pion i oś Świata, nazywa się południk prawdziwy (niebiański) lub astronomiczny. Płaszczyzna ta jest równoległa do płaszczyzny południka Ziemi i prostopadła do płaszczyzny horyzontu i równika. Nazywa się to początkową płaszczyzną współrzędnych.
Przeciągnij przez ZZ "pionową płaszczyznę prostopadłą do południka niebieskiego. Powstały okrąg ZWZ" E nazywa się pierwszy pionowy.
Wielki okrąg ZsZ”, wzdłuż którego płaszczyzna pionowa przechodząca przez światło s przecina sferę niebieską, nazywa się w pionie lub na wysokościach oprawy.
Wielki okrąg P N sP S przechodzący przez gwiazdę prostopadłą do równika niebieskiego nazywa się wokół deklinacji oprawy.
Małe kółko nsn, przechodzące przez gwiazdę równoległą do równika niebieskiego, nazywa się codziennie równolegle. Widoczny dzienny ruch opraw odbywa się wzdłuż dziennych równoleżników.
Nazywa się małe kółko jako „przechodzące przez światło równoległe do horyzontu niebieskiego okrąg o równych wysokościach, lub almucantarat.
W pierwszym przybliżeniu orbitę Ziemi można przyjąć jako płaską krzywą - elipsę, której jednym z ognisk jest Słońce. Płaszczyzna elipsy przyjmowana jako orbita Ziemi , zwany samolotem ekliptyka.
W astronomii sferycznej zwyczajowo mówi się o pozorny roczny ruch słońca. Wielki okrąg ЕgЕ "d, wzdłuż którego występuje pozorny ruch Słońca w ciągu roku, nazywa się ekliptyka. Płaszczyzna ekliptyki jest nachylona do płaszczyzny równika niebieskiego pod kątem w przybliżeniu równym 23,5 0 . Na ryc. 4 pokazane:
g jest punktem równonocy wiosennej;
d jest punktem równonocy jesiennej;
E jest punktem przesilenia letniego; E” - punkt przesilenia zimowego; R N R S - oś ekliptyki; R N - biegun północny ekliptyki; R S - biegun południowy ekliptyki; e - nachylenie ekliptyki do równika.
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.
sfera niebieska Wyimaginowana sfera o dowolnym promieniu wyśrodkowana w dowolnym punkcie jest nazywana, na której powierzchni nanoszone są pozycje opraw, tak jak są one widoczne na niebie w pewnym momencie z danego punktu.
Sfera niebieska obraca się. Łatwo to zweryfikować po prostu obserwując zmianę położenia ciał niebieskich względem obserwatora lub horyzontu. Jeśli skierujesz aparat na gwiazdę Ursa Minor i otworzysz obiektyw na kilka godzin, wówczas obrazy gwiazd na kliszy fotograficznej opiszą łuki, których kąty środkowe są takie same (ryc. 17). materiał ze strony
Ze względu na obrót sfery niebieskiej każda oprawa porusza się po małym okręgu, którego płaszczyzna jest równoległa do płaszczyzny równika - dobowa równoległa. Jak widać na rysunku 18, równoleżnik dobowy może, ale nie musi, przecinać horyzont matematyczny. Nazywa się przekroczenie horyzontu przez oprawę wschód słońca, jeśli przechodzi w górną część sfery niebieskiej, oraz przez ustawienie, kiedy oprawa przechodzi w dolną część sfery niebieskiej. W przypadku, gdy dzienny równoleżnik, wzdłuż którego porusza się oprawa, nie przecina horyzontu, nazywa się oprawę niewznoszący lub niepożądany w zależności od tego, gdzie jest: zawsze na górze lub zawsze na dole sfery niebieskiej.
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 encyklopedycznyWyimaginowana 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
Temat 4. NIEBIESKA SFERA. ASTRONOMICZNE UKŁADY WSPÓŁRZĘDNYCH
4.1. SFERA NIEBIESKA
Sfera niebieska - wyimaginowana sfera o dowolnym promieniu, na którą rzutowane są ciała niebieskie. Służy do rozwiązywania różnych problemów astrometrycznych. Z reguły oko obserwatora traktowane jest jako środek sfery niebieskiej. Dla obserwatora na powierzchni Ziemi obrót sfery niebieskiej odtwarza codzienny ruch świateł na niebie.
Pojęcie sfery niebieskiej powstało w czasach starożytnych; opierała się na wizualnym wrażeniu istnienia kopulastego firmamentu. Wrażenie to wynika z faktu, że na skutek ogromnego oddalenia ciał niebieskich oko ludzkie nie jest w stanie docenić różnic w odległościach do nich, a wydają się one równie odległe. Wśród starożytnych ludów wiązało się to z obecnością prawdziwej sfery, która obejmuje cały świat i niesie na swojej powierzchni liczne gwiazdy. Dlatego ich zdaniem sfera niebieska była najważniejszym elementem wszechświata. Wraz z rozwojem wiedzy naukowej taki pogląd na sferę niebieską odpadł. Jednak geometria sfery niebieskiej ustanowiona w starożytności, w wyniku rozwoju i doskonalenia, uzyskała nowoczesną formę, w której jest wykorzystywana w astrometrii.
Promień sfery niebieskiej można przyjąć jako dowolny: w celu uproszczenia relacji geometrycznych przyjmuje się, że jest równy jeden. W zależności od rozwiązywanego problemu środek sfery niebieskiej można umieścić w miejscu:
gdzie znajduje się obserwator (topocentryczna sfera niebieska),
do środka Ziemi (geocentryczna sfera niebieska),
do centrum danej planety (planetcentryczna sfera niebieska),
do środka Słońca (heliocentryczna sfera niebieska) lub do dowolnego innego punktu w przestrzeni.
Każdej oprawie na sferze niebieskiej odpowiada punkt, w którym przecina ją prosta linia łącząca środek sfery niebieskiej z oprawą (z jej środkiem). Podczas badania względnego położenia i widocznych ruchów opraw na sferze niebieskiej wybiera się ten lub inny układ współrzędnych), określony przez główne punkty i linie. Te ostatnie to zwykle duże kręgi sfery niebieskiej. Każde wielkie koło kuli ma dwa bieguny, określone na nim przez końce średnicy prostopadłej do płaszczyzny danego koła.
Nazwy najważniejszych punktów i łuków na sferze niebieskiej
pion (lub linia pionowa) - linia prosta przechodząca przez środki Ziemi i sfery niebieskiej. Pion przecina się z powierzchnią sfery niebieskiej w dwóch punktach - zenit , nad głową obserwatora, oraz nadir - punkt diametralnie przeciwny.
matematyka horyzont - wielki okrąg sfery niebieskiej, którego płaszczyzna jest prostopadła do pionu. Płaszczyzna matematycznego horyzontu przechodzi przez środek sfery niebieskiej i dzieli jej powierzchnię na dwie połowy: widoczny dla obserwatora, ze szczytem w zenicie, i niewidzialny, z wierzchołkiem nadir. Horyzont matematyczny może nie pokrywać się z horyzontem widzialnym ze względu na nierówności powierzchni Ziemi i różne wysokości punktów obserwacyjnych oraz krzywiznę promieni świetlnych w atmosferze.
Ryż. 4.1. Sfera niebieska
oś świata - oś pozornego obrotu sfery niebieskiej równoległa do osi Ziemi.
Oś świata przecina się z powierzchnią sfery niebieskiej w dwóch punktach - biegun północny świata oraz biegun południowy świata .
Niebiański biegun - punkt na sferze niebieskiej, wokół którego zachodzi pozorny dzienny ruch gwiazd w wyniku obrotu Ziemi wokół własnej osi. Północny biegun niebieski znajduje się w konstelacji Mała Niedźwiedzica, południowa w konstelacji Oktant. W rezultacie precesja Polacy świata poruszają się około 20 cali rocznie.
Wysokość bieguna świata jest równa szerokości geograficznej miejsca obserwatora. Biegun światowy, znajdujący się w ponadhoryzontalnej części kuli, nazywany jest podwyższonym, natomiast drugi biegun światowy, znajdujący się w podhoryzontalnej części kuli, nazywany jest niskim.
równik niebieski - duży okrąg sfery niebieskiej, którego płaszczyzna jest prostopadła do osi świata. Równik niebieski dzieli powierzchnię sfery niebieskiej na dwie półkule: północny półkula , z wierzchołkiem na północnym biegunie niebieskim oraz Półkula południowa , ze szczytem na południowym biegunie niebieskim.
Równik niebieski przecina matematyczny horyzont w dwóch punktach: punkt wschód oraz punkt Zachód . Punkt wschodni to punkt, w którym punkty obracającej się sfery niebieskiej przecinają matematyczny horyzont, przechodząc od półkuli niewidzialnej do widocznej.
południk nieba - duży okrąg sfery niebieskiej, którego płaszczyzna przechodzi przez pion i oś świata. Południk niebieski dzieli powierzchnię sfery niebieskiej na dwie półkule - Wschodniej półkuli , z wierzchołkiem w punkcie wschodnim, oraz Zachodnia półkula , z wierzchołkiem w punkcie zachodnim.
Linia południowa - linia przecięcia płaszczyzny południka niebieskiego i płaszczyzny horyzontu matematycznego.
południk nieba przecina horyzont matematyczny w dwóch punktach: północny punkt oraz punkt południowy . Punkt północny to ten, który znajduje się bliżej bieguna północnego świata.
Ekliptyka - trajektoria pozornego rocznego ruchu Słońca na sferze niebieskiej. Płaszczyzna ekliptyki przecina się z płaszczyzną równika niebieskiego pod kątem ε = 23°26".
Ekliptyka przecina się z równikiem niebieskim w dwóch punktach - wiosna oraz jesień równonocy . W punkcie równonocy wiosennej Słońce przesuwa się z półkuli południowej sfery niebieskiej na półkulę północną, w punkcie równonocy jesiennej z półkuli północnej sfery niebieskiej na południową.
Punkty na ekliptyce, które znajdują się pod kątem 90 ° od równonocy, nazywają się kropka lato przesilenie dnia z nocą (na półkuli północnej) i kropka zima przesilenie dnia z nocą (na półkuli południowej).
Oś ekliptyka - średnica sfery niebieskiej prostopadła do płaszczyzny ekliptyki.
4.2. Główne linie i płaszczyzny sfery niebieskiej
Oś ekliptyki przecina się z powierzchnią sfery niebieskiej w dwóch punktach - północny biegun ekliptyki , leżący na półkuli północnej i południowy biegun ekliptyki, leżące na półkuli południowej.
Almukantarat (arabskie koło o równych wysokościach) oprawy oświetleniowe - mały okrąg sfery niebieskiej, przechodzący przez oprawę, której płaszczyzna jest równoległa do płaszczyzny matematycznego horyzontu.
krąg wzrostu lub pionowy koło lub pionowy oprawy oświetleniowe - duże półkole sfery niebieskiej, przechodzące przez zenit, światło i nadir.
Dzienna równoległa oprawy - mały okrąg sfery niebieskiej, przechodzący przez oprawę, której płaszczyzna jest równoległa do płaszczyzny równika niebieskiego. Widoczne dzienne ruchy opraw zachodzą wzdłuż dziennych paraleli.
Koło deklinacja oprawy - duży półokrąg sfery niebieskiej, przechodzący przez bieguny świata i oprawy.
Koło ekliptyka szerokość lub po prostu krąg szerokości geograficznej oprawy - duży półokrąg sfery niebieskiej, przechodzący przez bieguny ekliptyki i oprawy.
Koło galaktyczny szerokość oprawy - duży półokrąg sfery niebieskiej, przechodzący przez bieguny galaktyczne i oprawę.
2. ASTRONOMICZNE UKŁADY WSPÓŁRZĘDNYCH
Układ współrzędnych niebieskich jest używany w astronomii do opisywania pozycji świateł na niebie lub punktów na wyimaginowanej sferze niebieskiej. Współrzędne opraw lub punktów są podane przez dwie wartości kątowe (lub łuki), które jednoznacznie określają położenie obiektów na sferze niebieskiej. Zatem układ współrzędnych nieba jest sferycznym układem współrzędnych, w którym trzecia współrzędna – odległość – jest często nieznana i nie odgrywa żadnej roli.
Układy współrzędnych niebieskich różnią się między sobą wyborem głównej płaszczyzny. W zależności od wykonywanego zadania wygodniejsze może być użycie jednego lub drugiego systemu. Najczęściej używane są układy współrzędnych poziomych i równikowych. Rzadziej - ekliptyczne, galaktyczne i inne.
Poziomy układ współrzędnych
Poziomy układ współrzędnych (poziomy) to układ współrzędnych nieba, w którym główną płaszczyzną jest płaszczyzna matematycznego horyzontu, a bieguny to zenit i nadir. Znajduje zastosowanie w obserwacjach gwiazd i ruchu ciał niebieskich Układu Słonecznego na ziemi gołym okiem, za pomocą lornetki lub teleskopu. Współrzędne poziome planet, Słońca i gwiazd zmieniają się w sposób ciągły w ciągu dnia ze względu na dobowy obrót sfery niebieskiej.
Linie i samoloty
Poziomy układ współrzędnych jest zawsze topocentryczny. Obserwator jest zawsze w stałym punkcie na powierzchni ziemi (oznaczonym na rysunku literą O). Założymy, że obserwator znajduje się na północnej półkuli Ziemi na szerokości geograficznej φ. Za pomocą pionu kierunek do zenitu (Z) określa się jako górny punkt, do którego skierowana jest pion, a nadir (Z ") jest określany jako dolny (pod ziemią). , linia (ZZ) łącząca zenit i nadir nazywana jest pionem.
4.3. Poziomy układ współrzędnych
Płaszczyzna prostopadła do pionu w punkcie O nazywana jest płaszczyzną matematycznego horyzontu. Na tej płaszczyźnie wyznaczany jest kierunek na południe (geograficzny) i północ, na przykład w kierunku najkrótszego cienia gnomonu w ciągu dnia. Będzie najkrótsza w południe, a linia (NS) łącząca południe z północą nazywa się linią południową. Punkty wschodni (E) i zachodni (W) są brane pod kątem 90 stopni od punktu południowego, odpowiednio, przeciwnie do ruchu wskazówek zegara i zgodnie z ruchem wskazówek zegara, patrząc od zenitu. NESW jest więc płaszczyzną matematycznego horyzontu
Samolot przelatujący przez linie południową i pionową (ZNZ "S) nazywa się płaszczyzna południka niebieskiego i samolot przechodzący przez ciało niebieskie - płaszczyzna pionowa danego ciała niebieskiego . Wielki krąg, w którym przecina sferę niebieską, zwany pionem ciała niebieskiego .
W poziomym układzie współrzędnych jedna współrzędna to albo wysokość gwiazdy h lub jego odległość zenitalna z. Inną współrzędną jest azymut A.
Wysokość h oprawy zwany łukiem pionu oprawy od płaszczyzny horyzontu matematycznego do kierunku oprawy. Wysokości mierzone są w zakresie od 0° do +90° do zenitu i od 0° do -90° do nadiru.
Odległość zenitalna z opraw oświetleniowych zwany pionowym łukiem oprawy od zenitu do oprawy. Odległości zenitu są liczone od 0° do 180° od zenitu do nadiru.
Azymut A oprawy nazwany łukiem matematycznego horyzontu od punktu południowego do pionu gwiazdy. Azymuty mierzone są w kierunku dziennego obrotu sfery niebieskiej, czyli na zachód od punktu południowego, w zakresie od 0° do 360°. Czasami azymuty mierzy się od 0° do +180° na zachód i od 0° do -180° na wschód (w geodezji azymuty mierzone są od punktu północnego).
Cechy zmiany współrzędnych ciał niebieskich
W ciągu dnia gwiazda zakreśla okrąg prostopadły do osi świata (PP"), który na szerokości geograficznej φ jest nachylony do horyzontu matematycznego pod kątem φ. Dlatego będzie poruszał się równolegle do horyzontu matematycznego tylko przy φ równym do 90 stopni, czyli na biegunie północnym.Dlatego wszystkie widoczne tam gwiazdy nie zajdą (w tym Słońce przez pół roku, zobacz długość dnia), a ich wysokość h będzie stała.Na innych szerokościach geograficznych , gwiazdy dostępne do obserwacji o danej porze roku dzielą się na:
przychodzące i wychodzące (h przechodzi przez 0 w ciągu dnia)
nieprzychodzące (h jest zawsze większe od 0)
nierosnący (h jest zawsze mniejsze od 0)
Maksymalna wysokość h gwiazdy będzie obserwowana raz dziennie podczas jednego z dwóch jej przejść przez południk niebieski - kulminacja górna, a minimalna - podczas drugiej z nich - kulminacja dolna. Od kulminacji dolnej do górnej wzrasta wysokość h gwiazdy, od górnej do dolnej maleje.
Pierwszy układ współrzędnych równikowych
W tym układzie główną płaszczyzną jest płaszczyzna równika niebieskiego. W tym przypadku jedną współrzędną jest deklinacja δ (rzadziej odległość biegunowa p). Inną współrzędną jest kąt godzinny t.
Deklinacja δ oprawy to łuk koła deklinacji od równika niebieskiego do oprawy lub kąt między płaszczyzną równika niebieskiego a kierunkiem do oprawy. Deklinacje liczone są od 0° do +90° do północnego bieguna niebieskiego i od 0° do -90° do południowego bieguna niebieskiego.
4.4. Układ współrzędnych równikowych
Odległość biegunowa p oprawy to łuk koła deklinacji od bieguna północnego świata do oprawy lub kąt między osią świata a kierunkiem do oprawy. Odległości biegunowe są mierzone od 0° do 180° od północnego bieguna niebieskiego na południe.
Kąt godzinowy t oprawy jest łukiem równika niebieskiego od górnego punktu równika niebieskiego (czyli punktu przecięcia równika niebieskiego z południkiem niebieskim) do koła deklinacji oprawy lub kąt dwuścienny między płaszczyznami południka niebieskiego a kołem deklinacji oprawy. Kąty godzinowe mierzone są w kierunku dobowego obrotu sfery niebieskiej, czyli na zachód od górnego punktu równika niebieskiego, w zakresie od 0° do 360° (w stopniach) lub od 0h do 24h (w godzinach ). Czasami kąty godzinne są mierzone od 0° do +180° (0h do +12h) na zachodzie i od 0° do -180° (0h do -12h) na wschodzie.
Drugi układ współrzędnych równikowych
W tym układzie, podobnie jak w pierwszym układzie równikowym, główną płaszczyzną jest płaszczyzna równika niebieskiego, a jedną współrzędną jest deklinacja δ (rzadziej odległość biegunowa p). Inną współrzędną jest rektascensja α. Rektascencja (RA, α) oprawy to łuk równika niebieskiego od równonocy wiosennej do koła deklinacji oprawy lub kąt między kierunkiem do równonocy wiosennej a płaszczyzną koła deklinacji oprawa oświetleniowa. Rektascencje liczone są w kierunku przeciwnym do dziennego obrotu sfery niebieskiej, w zakresie od 0° do 360° (w stopniach) lub od 0h do 24h (w godzinach).
RA jest astronomicznym odpowiednikiem długości geograficznej Ziemi. Zarówno RA, jak i długość geograficzna mierzą kąt wschód-zachód wzdłuż równika; obie miary są mierzone od punktu zerowego na równiku. Dla długości geograficznej punkt zerowy jest południkiem zerowym; dla RA zero to miejsce na niebie, w którym Słońce przecina równik niebieski podczas wiosennej równonocy.
Deklinacja (δ) w astronomii jest jedną z dwóch współrzędnych układu współrzędnych równikowych. Jest równa odległości kątowej na sferze niebieskiej od płaszczyzny równika niebieskiego do źródła światła i jest zwykle wyrażana w stopniach, minutach i sekundach łuku. Deklinacja jest dodatnia na północ od równika niebieskiego i ujemna na południe. Deklinacja zawsze ma znak, nawet jeśli deklinacja jest pozytywna.
Deklinacja ciała niebieskiego przechodzącego przez zenit jest równa szerokości geograficznej obserwatora (przy założeniu, że szerokość geograficzna północna wynosi +, a szerokość południowa jest ujemna). Na półkuli północnej Ziemi, dla danej szerokości geograficznej φ, ciała niebieskie z deklinacją
δ > +90° − φ nie wychodzą poza horyzont, dlatego nazywa się je nieosiadaniem. Jeżeli deklinacja obiektu δ
Ekliptyczny układ współrzędnych
W tym układzie główną płaszczyzną jest płaszczyzna ekliptyki. W tym przypadku jedną współrzędną jest szerokość ekliptyczna β, a drugą długość ekliptyczną λ.
4.5. Związek między ekliptyką a drugim układem współrzędnych równikowych
Szerokość ekliptyki β oprawy to łuk koła szerokości geograficznej od ekliptyki do oprawy lub kąt między płaszczyzną ekliptyki a kierunkiem do oprawy. Szerokości geograficzne ekliptyki mierzone są od 0° do +90° do północnego bieguna ekliptyki i od 0° do -90° do południowego bieguna ekliptyki.
Długość ekliptyczną λ oprawy nazywamy łukiem ekliptyki od punktu równonocy wiosennej do koła szerokości geograficznej oprawy lub kątem między kierunkiem do punktu równonocy wiosennej a płaszczyzną koła szerokość geograficzna oprawy. Długość ekliptyki mierzy się w kierunku pozornego rocznego ruchu Słońca wzdłuż ekliptyki, czyli na wschód od równonocy wiosennej w zakresie od 0 ° do 360 °.
Galaktyczny układ współrzędnych
W tym układzie główną płaszczyzną jest płaszczyzna naszej Galaktyki. W tym przypadku jedna współrzędna to szerokość galaktyczna b, a druga to długość galaktyczna l.
4.6. Galaktyczne i drugie równikowe układy współrzędnych.
Szerokość geograficzna galaktyczna b oprawy to łuk koła szerokości geograficznej galaktycznej od ekliptyki do oprawy lub kąt między płaszczyzną równika galaktycznego a kierunkiem do oprawy.
Szerokości galaktyczne mierzone są od 0° do +90° do północnego bieguna galaktycznego i od 0° do -90° do południowego bieguna galaktycznego.
Długość galaktyczna l oprawy jest łukiem równika galaktycznego od punktu odniesienia C do okręgu szerokości galaktycznej oprawy lub kątem między kierunkiem do punktu odniesienia C a płaszczyzną okręgu szerokości geograficznej galaktycznej oprawa oświetleniowa. Długości galaktyczne są liczone w kierunku przeciwnym do ruchu wskazówek zegara, patrząc z północnego bieguna galaktycznego, czyli na wschód od punktu odniesienia C, w zakresie od 0° do 360°.
Punkt odniesienia C znajduje się w pobliżu kierunku do centrum galaktyki, ale nie pokrywa się z nim, ponieważ ten ostatni, ze względu na niewielkie wzniesienie Układu Słonecznego ponad płaszczyznę dysku galaktycznego, leży około 1 ° na południe od równika galaktycznego. Punkt odniesienia C został wybrany tak, że punkt przecięcia równika galaktycznego i niebieskiego o rektascensji 280° ma długość galaktyczną 32,93192° (dla epoki 2000).
Systemy współrzędne. ... na materiale tematu " niebiański kula. Astronomiczny współrzędne”. Skanowanie obrazów z astronomiczny zawartość. Mapa...
„Opracowanie projektu pilotażowego zmodernizowanego systemu lokalnych układów współrzędnych Podmiotów Federacji”
DokumentOdpowiednie zalecenia międzynarodowych astronomiczny i organizacje geodezyjne ... komunikacja naziemna i niebiański systemy współrzędne), z okresową zmianą... kule zajęcia z wykorzystaniem geodezji i kartografii. "Lokalny systemy współrzędne Tematy...
Mlechnomed – filozofia sefiroicznego socjalizmu Svarga XXI wieku
DokumentCzasowy Koordynować, uzupełnione tradycyjnym Koordynować ognisty..., wł. niebiański kula- 88 konstelacji ... fal lub cykli, - astronomiczny, astrologiczna, historyczna, duchowa... własność systemy. W system wiedza się wyłania...
Miejsce na wydarzenie
DokumentRównonoce włączone niebiański kula wiosną 1894 r., wg astronomiczny podręczniki, kropka... obrotowa współrzędne. Ruch postępowo-obrotowy. Systemy liczenie zarówno translacyjne, jak i rotacyjne systemy współrzędne. ...
Ładowanie...