Шари небесної сфери. Небесна сфера
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 ряд 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.
Небесною сфероюназивається уявна сфера довільного радіусу з центром у довільній точці, на поверхні якої нанесені положення світил так, як вони видно на небі в деякий момент часу з даної точки.
Небесна сфера обертається. У цьому неважко переконатися, просто спостерігаючи зміну положення небесних світил щодо спостерігача або горизонту. Якщо направити фотоапарат на зірку Малої Ведмедиці і відкрити об'єктив на кілька годин, то зображення зірок на фотопластинці опишуть дуги, центральні кути яких однакові (рис. 17). Матеріал із сайту
Через обертання небесної сфери кожне світило рухається малим колом, площина якого паралельна площині екватора. добової паралелі. Як видно з малюнка 18, добова паралель може перетинати математичний горизонт, але може і не перетинати його. Перетин горизонту світилом називається сходом світила, якщо воно переходить у верхню частину небесної сфери, і заходом під час переходу світила в нижню частину небесної сфери. У тому випадку, якщо добова паралель, по якій рухається світило, не перетинає горизонту, світило називається несхіднимабо незахіднимзалежно від того, де воно знаходиться: завжди у верхній або завжди у нижній частині небесної сфери.
НЕБЕЗНА СФЕРА
Коли ми спостерігаємо небо, всі астрономічні об'єкти здаються розташованими на куполоподібній поверхні, у центрі якої спостерігач. Цей уявний купол утворює верхню половину уявної сфери, яку називають "небесною сферою". Вона відіграє фундаментальну роль при вказівці положення астрономічних об'єктів.
Хоча Місяць, планети, Сонце та зірки розташовані на різних відстанях від нас, навіть найближчі з них знаходяться так далеко, що ми не в змозі на око оцінити їхню віддаленість. Напрямок на зірку не змінюється, коли ми рухаємося поверхнею Землі. (Щоправда, воно трохи змінюється при переміщенні Землі орбітою, але помітити це паралактическое усунення можна лише з допомогою точних приладів.) Нам здається, що небесна сфера обертається, оскільки світила сягають Сході і заходять заході. Причиною цього є обертання Землі із заходу Схід. Звертання небесної сфери, що здається, відбувається навколо уявної осі, що продовжує земну вісь обертання. Ця вісь перетинає небесну сферу у двох точках, званих північним та південним "полюсами світу". Північний полюс світу лежить приблизно за градус від Полярної зірки, а поблизу південного полюса немає яскравих зірок.
Вісь обертання Землі нахилена приблизно на 23,5° щодо перпендикуляра, проведеного до площини земної орбіти (площини екліптики). Перетин цієї площини з небесною сферою дає коло - екліптику, видимий шлях Сонця протягом року. Орієнтація земної осі у просторі майже змінюється. Тому щороку в червні, коли північний кінець осі нахилений у бік Сонця, воно високо здіймається на небі в Північній півкулі, де дні стають довгими, а ночі короткими. Перемістившись на протилежний бік орбіти у грудні, Земля виявляється розгорнута до Сонця Південною півкулею, і ми на півночі дні стають короткими, а ночі - довгими.
Див. такожПОРИ РОКУ . Однак під впливом сонячного та місячного тяжіння орієнтація земної осі все ж таки поступово змінюється. Основний рух осі, викликаний впливом Сонця та Місяця на екваторіальне здуття Землі, називають прецесією. Внаслідок прецесії земна вісь повільно повертається навколо перпендикуляра до орбітальної площини, описуючи за 26 тис. років конус радіусом 23,5°. Тому через кілька століть полюс уже не буде поблизу Полярної зірки. Крім того, вісь Землі робить дрібні коливання, звані нутацією і пов'язані з еліптичність орбіт Землі та Місяця, а також з тим, що площина місячної орбіти трохи нахилена до площини земної орбіти. Як ми знаємо, вид небесної сфери протягом ночі змінюється через обертання Землі навколо осі. Але навіть якщо спостерігати небо в один і той же час протягом року, його вигляд змінюватиметься через навернення Землі навколо Сонця. Для повного обороту орбітою на 360° Землі потрібно бл. 3651/4 діб – приблизно за градусом на добу. До речі, доба, а точніше – сонячна доба – це час, за який Земля повертається один раз навколо осі по відношенню до Сонця. Воно складається з часу, за який Земля здійснює оборот по відношенню до зірок ("зоряна доба"), плюс невеликий час - близько чотирьох хвилин - необхідний для повороту, що компенсує орбітальне переміщення Землі за добу на один градус. Таким чином, у році прибл. 3651/4 сонячної доби та прибл. 3661/4 зіркових.
При спостереженні з певної точки
Землі зірки, розташовані поблизу полюсів, або завжди знаходяться над обрієм, або ніколи не піднімаються над ним. Всі інші зірки сходять і заходять, причому щодня схід і захід кожної зірки відбувається на 4 хв раніше, ніж у попередній день. Деякі зірки та сузір'я піднімаються на небі вночі в зимовий час - ми називаємо їх "зимовими", а інші - "літніми". Отже, вид небесної сфери визначається трьома часом: часом доби, що з обертанням Землі; порою року, пов'язаним із зверненням навколо Сонця; епохою, пов'язаною з прецесією (хоча останній ефект навряд чи помітиш "на око" навіть за 100 років).
Системи координат.Існують різні способи вказувати положення об'єктів на небесній сфері. Кожен із них підходить до завдань певного типу.
Альт-азимутальна система.Для вказівки положення об'єкта на небі по відношенню до навколишніх спостерігачів земних предметів використовують "альт-азимутальну", або "горизонтальну" систему координат. У ній вказують кутове відстань об'єкта над горизонтом, зване " заввишки " , і навіть його " азимут " - кутове відстань вздовж горизонту від умовної точки до точки, що лежить під об'єктом. В астрономії азимут відраховують від точки півдня на захід, а в геодезії та навігації – від точки півночі на схід. Тому, перш ніж користуватись азимутом, потрібно з'ясувати, в якій системі він вказаний. Крапка піднебіння, що знаходиться прямо над головою, має висоту 90° і називається "зеніт", а діаметрально протилежна їй точка (під ногами) - "надир". Для багатьох завдань важливе велике коло небесної сфери, яке називається "небесним меридіаном"; він проходить через зеніт, надир та полюси світу, а горизонт перетинає у точках півночі та півдня.
Екваторіальна система.Через обертання Землі зірки постійно переміщаються щодо горизонту та сторін світла, які координати в горизонтальній системі змінюються. Але для деяких завдань астрономії система координат має бути незалежною від положення спостерігача та часу доби. Таку систему називають "екваторіальною"; її координати нагадують географічні широти та довготи. У ній площину земного екватора, продовжена до перетину з небесною сферою, задає основне коло - "небесний екватор". "Схиляння" зірки нагадує широту та вимірюється її кутовою відстанню на північ або південь від небесного екватора. Якщо зірка видно точно в зеніті, то широта місця спостереження дорівнює відмінюванню зірки. Географічній довготі відповідає "пряме сходження" зірки. Воно вимірюється на схід від точки перетину екліптики з небесним екватором, яку Сонце проходить у березні, у день початку весни у Північній півкулі та осені – у Південній. Цю важливу для астрономії точку називають "першою точкою Овна", або "точкою весняного рівнодення", і позначають знаком
Інші системи.Для деяких цілей використовуються інші системи координат на небесній сфері. Наприклад, коли вивчають рух тіл у Сонячній системі, використовують систему координат, основною площиною якої є площина земної орбіти. Будівлю Галактики вивчають у системі координат, головною площиною якої служить екваторіальна площина Галактики, представлена на небі кругом, що проходить уздовж Чумацького Шляху.
Порівняння систем координат.Найважливіші деталі горизонтальної та екваторіальної систем показані на малюнках. У таблиці ці системи зіставлені з географічною системою координат.
Перехід із однієї системи до іншої.Часто виникає необхідність за альт-азимутальними координатами зірки обчислити її екваторіальні координати, і навпаки. Для цього необхідно знати момент спостереження та становище спостерігача на Землі. Математично проблема вирішується за допомогою сферичного трикутника з вершинами в зеніті, північному полюсі світу та зірці Х; його називають "астрономічним трикутником". Кут з вершиною у північному полюсі світу між меридіаном спостерігача та напрямом на якусь точку небесної сфери називають "годинним кутом" цієї точки; його вимірюють на захід від меридіана. Годинний кут точки весняного рівнодення, виражений у годинах, хвилинах та секундах, називають "зоряним часом" (Si. T. - sidereal time) у точці спостереження. А оскільки пряме сходження зірки - це теж полярний кут між напрямком на неї і на точку весняного рівнодення, то зоряний час дорівнює прямому сходження всіх точок, що лежать на меридіані спостерігача. Таким чином, годинний кут будь-якої точки на небесній сфері дорівнює різниці зоряного часу та її прямого сходження:
Нехай широта спостерігача дорівнює j. Якщо дані екваторіальні координати зірки a і d, то її горизонтальні координати а і можна обчислити за такими формулами: Можна вирішити і обернену задачу: за виміряними значеннями а і h, знаючи час, обчислити a і d. Відмінювання d обчислюється прямо з останньої формули, потім передостанньої обчислюється Н, а з першої, якщо відомо зоряний час, обчислюється a.
Вистава небесної сфери.Багато століть вчені шукали найкращі способи подання небесної сфери для її вивчення чи демонстрації. Пропонувалися два типи моделей: двовимірні та тривимірні. Небесну сферу можна зобразити на площині так само, як сферичну Землю зображують на картах. В обох випадках необхідно вибрати систему геометричної проекції. Першою спробою уявити ділянки небесної сфери площині були наскельні малюнки зоряних змін у печерах древніх людей. У наші дні існують різні зіркові карти, видані у вигляді мальованих або фотографічних зіркових атласів, що покривають все небо. Стародавні китайські та грецькі астрономи представляли небесну сферу у вигляді моделі, відомої як "армілярна сфера". Вона складається з металевих кіл чи кілець, з'єднаних разом так, щоб показати найважливіші кола небесної сфери. Нині нерідко використовують зіркові глобуси, на яких відзначені положення зірок та основних кіл небесної сфери. У армілярних сфер і глобусів є загальний недолік: положення зірок і розмітка кіл нанесені на їхній зовнішній, опуклій стороні, яку ми розглядаємо зовні, тоді як на небо ми дивимося "зсередини", і зірки нам здаються розміщеними на увігнутій стороні небесної сфери. Це іноді призводить до плутанини напрямків руху зірок та фігур сузір'їв. Найбільш реалістичне уявлення небесної сфери дає планетарій. Оптична проекція зірок на півсферичний екран зсередини дозволяє дуже точно відтворити вид неба та всілякі рухи світил на ньому.
Див. також
АСТРОНОМІЯ ТА АСТРОФІЗИКА;
ПЛАНЕТАР;
ЗІРКИ.
Енциклопедія Кольєра. - Відкрите суспільство. 2000 .
- уявна допоміжна сфера довільного радіусу, яку проектують небесні світила. Застосовується в астрономії для вивчення взаємного розташування та руху космічних об'єктів на основі визначення їх координат на небесній сфері.… – уявна допоміжна сфера довільного радіусу, на яку проектують небесні світила. Застосовується в астрономії для вивчення взаємного розташування та руху космічних об'єктів на основі визначення їх координат на небесній сфері. Енциклопедичний словникУявна допоміжна сфера довільного радіусу, яку проектуються небесні світила; служить на вирішення різних астрометричних завдань. Уявлення про Н. с. виникло в давнину; в основу його лягло зорове… Велика Радянська Енциклопедія
Уявна сфера довільного радіусу, на якій небесні світила зображуються так, як вони видно з пункту спостережень на земній поверхні (топоцентрич. Н. с.) або як вони були б видно з центру Землі (геоцентрич. Н. с.) або центру Сонця … … Великий енциклопедичний політехнічний словник
небесна сфера- dangaus sfera statusas T sritis fizika atitikmenys: angl. celestial sphere vok. Himmelskugel, f; Himmelssphäre, f rus. небесна сфера, f; хмарочос, m pranc. sphère céleste, f … Fizikos terminų žodynas
Тема 4. НЕБЕСНА СФЕРА. АСТРОНОМІЧНІ СИСТЕМИ КООРДИНАТ
4.1. НЕБЕЗНА СФЕРА
Небесна сфера - Уявна сфера довільного радіусу, на яку проектуються небесні світила. Служить на вирішення різних астрометричних завдань. За центр небесної сфери, як правило, сприймають око спостерігача. Для спостерігача, що знаходиться на поверхні Землі, обертання небесної сфери відтворює добовий рух світил на небі.
Уявлення про Небесну сферу виникло в давнину; в основу його лягло зорове враження про існування куполоподібного небесного склепіння. Це враження пов'язане з тим, що в результаті величезної віддаленості небесних світил людське око не в змозі оцінити відмінності в відстанях до них, і вони однаково видалені. У давніх народів це асоціювалося з наявністю реальної сфери, що обмежує весь світ і несе на своїй поверхні численні зірки. Отже, у тому уявленні небесна сфера була найважливішим елементом Всесвіту. З розвитком наукових знань такий погляд на небесну сферу відпав. Однак закладена в давнину геометрія небесної сфери в результаті розвитку та вдосконалення набула сучасного вигляду, в якому і використовується в астрометрії.
Радіус небесної сфери може бути прийнятий будь-яким: з метою спрощення геометричних співвідношень його вважають рівним одиниці. Залежно від розв'язуваного завдання центр небесної сфери може бути поміщений у місце:
де знаходиться спостерігач (топоцентрична небесна сфера),
у центр Землі (геоцентрична небесна сфера),
у центр тієї чи іншої планети (планетоцентрична небесна сфера),
у центр Сонця (геліоцентрична небесна сфера) або в будь-яку ін. точку простору.
Кожному світилу на небесній сфері відповідає точка, де її перетинає пряма, що з'єднує центр небесної сфери зі світилом (з його центром). При вивченні взаємного розташування та видимих рухів світил на небесній сфері обирають ту чи іншу систему координат), що визначається основними точками та лініями. Останні, зазвичай, є великими колами небесної сфери. Кожне велике коло сфери має два полюси, що визначаються на ній кінцями діаметра, перпендикулярного до площини даного кола.
Назви найважливіших точок та дуг на небесній сфері
Вертикальна лінія (або вертикальна лінія) - пряма, що проходить через центри Землі та небесної сфери. Вертикальна лінія перетинається з поверхнею небесної сфери у двох точках – зеніті , над головою спостерігача, та надирі - Діаметрально протилежній точці.
Математичний обрій - Велике коло небесної сфери, площина якого перпендикулярна до прямовисної лінії. Площина математичного горизонту проходить через центр небесної сфери та ділить її поверхню на дві половини: видимудля спостерігача, з вершиною в зеніті, та невидимуз вершиною в надирі. Математичний обрій може не збігатися з видимим горизонтом внаслідок нерівності поверхні Землі та різною висотою точок спостереження, а також викривленням променів світла в атмосфері.
Рис. 4.1. Небесна сфера
Вісь світу - Вісь видимого обертання небесної сфери, паралельна осі Землі.
Вісь світу перетинається з поверхнею небесної сфери у двох точках – північному полюсі світу і південному полюсі світу .
Полюс світу - Крапка на небесній сфері, навколо якої відбувається видимий добовий рух зірок через обертання Землі навколо своєї осі. Північний полюс світу знаходиться у сузір'ї Малої Ведмедиці, південний у сузір'ї Октант. В результаті прецесіїполюси світу зміщуються приблизно на 20" на рік.
Висота полюса світу дорівнює широті місця спостерігача. Полюс світу, розташований у надгоризонтній частині сфери, називається підвищеним, інший полюс світу, що знаходиться в підгоризонтній частині сфери, називається зниженим.
Небесний екватор – велике коло небесної сфери, площина якого перпендикулярна до осі світу. Небесний екватор ділить поверхню небесної сфери на дві півкулі: північне півкуля , з вершиною в північному полюсі світу, та Південна півкуля з вершиною в південному полюсі світу.
Небесний екватор перетинається з математичним горизонтом у двох точках: точці сходу і точці заходу . Точкою сходу називається та, в якій точки небесної сфери, що обертається, перетинають математичний горизонт, переходячи з невидимої півсфери в видиму.
Небесний меридіан – велике коло небесної сфери, площина якого проходить через прямовисну лінію та вісь світу. Небесний меридіан ділить поверхню небесної сфери на дві півкулі. східна півкуля , з вершиною в точці сходу, і західна півкуля з вершиною в точці заходу.
Південна лінія – лінія перетину площини небесного меридіана та площини математичного горизонту.
Небесний меридіан перетинається з математичним горизонтом у двох точках: точці півночі і точці півдня . Точкою півночі називається та, що ближче до північного полюса світу.
Екліптика - Траєкторія видимого річного руху Сонця по небесній сфері. Площина екліптики перетинається із площиною небесного екватора під кутом ε = 23°26".
Екліптика перетинається з небесним екватором у двох точках – весняного і осіннього рівнодення . У точці весняного рівнодення Сонце переходить із південної півкулі небесної сфери у північну, у точці осіннього рівнодення - із північної півкулі небесної сфери у південну.
Точки екліптики, що віддаляються від точок рівнодення на 90°, називаються точкою літнього сонцестояння (у північній півкулі) та точкою зимового сонцестояння (У південній півкулі).
Ось екліптики - діаметр небесної сфери, перпендикулярний до площини екліптики.
4.2. Основні лінії та площини небесної сфери
Вісь екліптики перетинається з поверхнею небесної сфери у двох точках – північному полюсі екліптики , що лежить у північній півкулі, і південному полюсі екліптики, що лежить у південній півкулі.
Альмукантарат (Араб. Коло рівних висот) світила - мале коло небесної сфери, що проходить через світило, площина якого паралельна площині математичного горизонту.
Коло висоти або вертикальний коло або вертикал світила - велике півколо небесної сфери, що проходить через зеніт, світило та надір.
Добова паралель світила - мале коло небесної сфери, що проходить через світило, площина якого паралельна площині небесного екватора. Видимі добові рухи світил відбуваються за добовими паралелями.
Коло відмінювання світила – велике півколо небесної сфери, що проходить через полюси світу та світило.
Коло еліптичної широти , або просто коло широти світила – велике півколо небесної сфери, що проходить через полюси екліптики та світило.
Коло галактичної широти світила – велике півколо небесної сфери, що проходить через галактичні полюси та світило.
2. АСТРОНОМІЧНІ СИСТЕМИ КООРДИНАТ
Система небесних координат використовується в астрономії для опису положення світил на небі або точок на уявній небесній сфері. Координати світил або точок задаються двома кутовими величинами (або дугами), які однозначно визначають положення об'єктів на небесній сфері. Таким чином, система небесних координат є сферичною системою координат, у якій третя координата – відстань – часто невідома і відіграє ролі.
Системи небесних координат відрізняються одна від одної вибором основної площини. Залежно від завдання, може бути зручнішим використовувати ту чи іншу систему. Найчастіше використовуються горизонтальна та екваторіальна системи координат. Рідше – еліптична, галактична та інші.
Горизонтальна система координат
Горизонтальна система координат (горизонтна) – це система небесних координат, у якій основною площиною є площина математичного горизонту, а полюсами – зеніт та надір. Вона застосовується при спостереженнях зірок та руху небесних тіл Сонячної системи на території неозброєним оком, у бінокль чи телескоп. Горизонтальні координати планет, Сонця та зірок безперервно змінюються протягом доби через добове обертання небесної сфери.
Лінії та площині
Горизонтальна система координат завжди топоцентрична. Спостерігач завжди знаходиться у фіксованій точці на поверхні землі (позначена буквою O на малюнку). Припускатимемо, що спостерігач знаходиться в Північній півкулі Землі на широті φ. За допомогою схилу визначається напрямок на зеніт (Z), як верхня точка, в яку спрямований схил, а надир (Z") - як нижня (під Землею). Тому і лінія (ZZ"), що з'єднує зеніт і надир називається прямовисною лінією.
4.3. Горизонтальна система координат
Площина перпендикулярна до прямовисної лінії в точці O називається площиною математичного горизонту. На цій площині визначається напрямок на південь (географічний) і північ, наприклад, у напрямку найкоротшої за день тіні від гномона. Найкоротшою вона буде у справжній полудень, і лінія (NS), що з'єднує південь із північчю, називається південною лінією. Точки сходу (E) і заходу (W) беруться віддаленими на 90 градусів від точки півдня відповідно проти і протягом годинної стрілки, якщо дивитися з зеніту. Таким чином, NESW – площина математичного горизонту
Площина, що проходить через полуденну та прямовисну лінії (ZNZ"S) називається площиною небесного меридіана , а площина, що проходить через небесне тіло – площиною вертикалу цього небесного тіла . Велике коло, яким вона перетинає небесну сферу, називається вертикалом небесного тіла .
У горизонтальній системі координат однією координатою є або висота світила h, або його зенітна відстань z. Іншою координатою є азимут A.
Висотою h світила називається дуга вертикалу світила від площини математичного горизонту до напряму на світило. Висоти відраховуються в межах від 0 до +90 до зеніту і від 0 до -90 до надира.
Зенітною відстанню z світила називається дуга вертикалу світила від зеніту до світила. Зенітні відстані відраховуються в межах від 0° до 180° від зеніту до надира.
Азимут A світила називається дуга математичного горизонту від точки півдня до вертикалу світила. Азімут відлічується у бік добового обертання небесної сфери, тобто на захід від точки півдня, в межах від 0 ° до 360 °. Іноді азимути відраховуються від 0 ° до +180 ° на захід і від 0 ° до -180 ° на схід (в геодезії азимути відраховуються від точки півночі).
Особливості зміни координат небесних тіл
За добу зірка описує коло, перпендикулярне осі світу (PP"), яка на широті φ нахилена до математичного горизонту на кут φ. Тому вона рухатиметься паралельно математичному горизонту лише при φ рівному 90 градусів, тобто на Північному полюсі. видимі там, будуть незахідними (у тому числі і Сонце протягом півроку, див. довгота дня), а їх висота h буде постійною.
західні та висхідні (h протягом доби проходить через 0)
незахідні (h завжди більше 0)
невисхідні (h завжди менше 0)
Максимальна висота h зірки буде спостерігатися щодня при одному з двох її проходжень через небесний меридіан – верхньої кульмінації, а мінімальна – за другого з них – нижньої кульмінації. Від нижньої до верхньої кульмінації висота h зірки збільшується, від верхньої до нижньої зменшується.
Перша екваторіальна система координат
У цій системі основною площиною є площина небесного екватора. Однією координатою при цьому є відмінювання δ (рідше – полярна відстань p). Іншою координатою – годинний кут t.
Відмінюванням δ світила називається дуга кола відмінювання від небесного екватора до світила, або кут між площиною небесного екватора і напрямком на світило. Відмінювання відраховуються в межах від 0° до +90° до північного полюса світу та від 0° до −90° до південного полюса світу.
4.4. Екваторіальна система координат
Полярною відстанню p світила називається дуга кола відмінювання від північного полюса світу до світила, або кут між віссю світу та напрямком на світило. Полярні відстані відраховуються в межах від 0 до 180 від північного полюса світу до південного.
Годинним кутом t світила називається дуга небесного екватора від верхньої точки небесного екватора (тобто точки перетину небесного екватора з небесним меридіаном) до кола відмінювання світила, або двогранний кут між площинами небесного меридіана та кола відмінювання світила. Вартові кути відраховуються у бік добового обертання небесної сфери, тобто на захід від верхньої точки небесного екватора, в межах від 0° до 360° (у градусній мірі) або від 0h до 24h (вартової міри). Іноді годинні кути відраховуються від 0° до +180° (від 0h до +12h) на захід і від 0° до −180° (від 0h до −12h) на схід.
Друга екваторіальна система координат
У цій системі, як і в першій екваторіальній, основною площиною є площина небесного екватора, а однією координатою – відмінювання δ (рідше – полярна відстань p). Іншою координатою є пряме сходження α. Прямим сходженням (RA, α) світила називається дуга небесного екватора від точки весняного рівнодення до кола відмінювання світила, або кут між напрямком на точку весняного рівнодення та площиною кола відмінювання світила. Прямі сходження відраховуються у бік, протилежний добовому обертанню небесної сфери, у межах від 0° до 360° (у градусній мірі) або від 0h до 24h (у годинній мірі).
RA – астрономічний еквівалент земної довготи. І RA та довгота вимірюють кут схід-захід по екватору; обидві заходи беруть відлік від нульового пункту на екваторі. Для довготи, нульовий пункт – нульовий меридіан; для RA нульовою відміткою є місце на небі, де Сонце перетинає небесний екватор на весняне рівнодення.
Відмінювання (δ) в астрономії – одна з двох координат екваторіальної системи координат. Рівняється кутовому відстані на небесній сфері від площини небесного екватора до світила і зазвичай виявляється у градусах, хвилинах і секундах дуги. Відмінювання позитивно на північ від небесного екватора і негативне на південь. У відмінювання завжди вказується знак, навіть якщо відмінювання позитивне.
Відмінювання небесного об'єкта, що проходить через зеніт, дорівнює широті спостерігача (якщо вважати північну широту зі знаком +, а південну негативною). У північній півкулі Землі для заданої широти φ небесні об'єкти зі відміненням
δ > +90° − φ не заходять за обрій, тому називаються незахідними. Якщо ж відмінювання об'єкта δ
Екліптична система координат
У цій системі основною площиною є площина екліптики. Однією координатою є еліптична широта β, а інший – еліптична довгота λ.
4.5. Зв'язок екліптичної та другої екваторіальної систем координат
Екліптичною широтою β світила називається дуга кола широти від екліптики до світила, або кут між площиною екліптики та напрямком на світило. Екліптичні широти відраховуються в межах від 0 до +90 до північного полюса екліптики і від 0 до -90 до південного полюса екліптики.
Екліптичною довготою світила називається дуга екліптики від точки весняного рівнодення до кола широти світила, або кут між напрямком на точку весняного рівнодення і площиною кола широти світила. Екліптичні довготи відраховуються у бік видимого річного руху Сонця з екліптики, тобто на схід від точки весняного рівнодення не більше від 0° до 360°.
Галактична система координат
У цій системі основною площиною є площина нашої Галактики. Однією координатою є галактична широта b, а інший – галактична довгота l.
4.6. Галактична та друга екваторіальна системи координат.
Галактичною широтою b світила називається дуга кола галактичної широти від екліптики до світила, або кут між площиною галактичного екватора та напрямком на світило.
Галактичні широти відраховуються в межах від 0 до +90 до північного галактичного полюса і від 0 до -90 до південного галактичного полюса.
Галактичною довготою l світила називається дуга галактичного екватора від точки початку відліку C до кола галактичної широти світила або кут між напрямком на точку початку відліку C і площиною кола галактичної широти світила. Галактичні довготи відраховуються проти годинникової стрілки, якщо дивитися з північного галактичного полюса, тобто на схід від точки початку відліку C в межах від 0 ° до 360 °.
Точка початку відліку C знаходиться поблизу напрямку на галактичний центр, але не збігається з ним, оскільки останній, внаслідок невеликої піднятості Сонячної системи над площиною галактичного диска, лежить приблизно на 1° на південь від галактичного екватора. Точку початку відліку C вибирають таким чином, щоб точка перетину галактичного та небесного екваторів з прямим сходженням 280° мала галактичну довготу 32,93192° (на епоху 2000).
Системи координат. ... на матеріалі теми « Небесна сфера. Астрономічні координати». Сканування зображень з астрономічнимзмістом. Мапа...
«Розробка пілотного проекту модернізованої системи місцевих систем координат суб'єктів федерацій»
ДокументВідповідним рекомендаціям міжнародних астрономічнійта геодезичної організацій... зв'язку земного та небесноїсистем координат), з періодичною зміною... сфердіяльності, що використовують геодезію та картографію. "Місцеві системи координатСуб'єктів...
Млечномеда – Філософія Сефірного сонцеалізму сварги 21 Століття
ДокументТимчасовий Координатою, доповнена Традиційною КоординатоюВогняною... , на небесної сфері- 88 сузір'ї... хвилями, або циклами, - астрономічними, астрологічними, історичними, духовними... системи. У системіпізнання виявляються...
Простір подій
ДокументРівноденства на небесної сферінавесні 1894 року Згідно астрономічнимдовідникам, крапка... обертальні координати. Поступальний та обертальний рух. Системивідліку як з поступальними, так і з обертальними системами координат. ...
Завантаження...