Всички елементи на небесната сфера. Небесна сфера. Специални точки на небесната сфера

Небесна сфера. Специални точкинебесна сфера.

Хората в древността вярвали, че всички звезди са разположени на небесната сфера, която като цяло се върти около Земята. Още преди повече от 2000 години астрономите започнаха да използват методи, които позволяват да се посочи местоположението на всяко тяло на небесната сфера спрямо други космически обекти или земни ориентири. Концепцията за небесната сфера е удобна за използване дори и сега, въпреки че знаем, че тази сфера всъщност не съществува.

небесна сфера -въображаема сферична повърхност с произволен радиус, в центъра на която се намира окото на наблюдателя и върху която проектираме положението на небесните тела.

Концепцията за небесната сфера се използва за ъглови измервания в небето; за удобство на разсъжденията е необходимо купете си телескопза наблюдение на небесни явления, за различни изчисления, например изчисляване на времето на изгрев и залез.

Нека да построим небесна сфера и да начертаем лъч от центъра й към звездата А(фиг. 1.1).

Там, където този лъч пресича повърхността на сферата, поставяме точка A 1изобразяваща тази звезда. звезда INще бъдат представени с точка В 1 .Повтаряйки подобна операция за всички наблюдавани звезди, получаваме изображение на звездното небе върху повърхността на сферата - звезден глобус. Ясно е, че ако наблюдателят е в центъра на тази въображаема сфера, то за него посоката към самите звезди и към техните изображения върху сферата ще съвпадне.

• Какъв е центърът на небесната сфера? (Окото на наблюдателя)
• Какъв е радиусът на небесната сфера? (Произволно)
• Как се различават небесните сфери на двама съседи по бюро? (Централна позиция).

За решаване на много практически задачи, разстояния до небесни телане играят роля, важно е само тяхното видимо местоположение в небето. Ъгловите измервания не зависят от радиуса на сферата. Следователно, въпреки че небесната сфера не съществува в природата, астрономите използват концепцията за небесната сфера, за да изучават видимата подредба на светила и явления, които могат да се наблюдават в небето за период от дни или много месеци. Върху такава сфера се проектират звездите, Слънцето, Луната, планетите и т.н., като се абстрахират от действителните разстояния до светилата и се вземат предвид само ъгловите разстояния между тях. Разстоянията между звездите на небесната сфера могат да бъдат изразени само в ъглова мярка. Тези ъглови разстояния се измерват с големината на централния ъгъл между лъчите, насочени към едната и другата звезда, или съответните им дъги върху повърхността на сферата.

За приблизителна оценка на ъгловите разстояния в небето е полезно да запомните следните данни: ъгловото разстояние между двете крайни звезди на кофата на Голямата мечка (α и β) е около 5 ° (фиг. 1.2), а от α Голямата мечка към α Малката мечка (Полярна звезда) - 5 пъти повече - приблизително 25°.

Най-простите визуални оценки на ъгловите разстояния могат да се извършват и с помощта на пръстите на протегната ръка.

Виждаме само две светила - Слънцето и Луната - като дискове. Ъгловите диаметри на тези дискове са почти еднакви - около 30" или 0,5°. Ъгловите размери на планетите и звездите са много по-малки, така че ние ги виждаме просто като светещи точки. С просто око един обект не изглежда като точка, ако нейните ъглови размери надвишават 2 -3". Това означава, по-специално, че нашето око различава всяка отделна светеща точка (звезда), ако ъгловото разстояние между тях е по-голямо от тази стойност. С други думи, ние виждаме даден обект като не точка само ако разстоянието до него надвишава размера му не повече от 1700 пъти.

Отвес Z, Z' , преминавайки през окото на наблюдателя (точка С), намиращ се в центъра на небесната сфера, пресича небесната сфера в точки Z - зенит,Z’ - надир.

Зенит- това е най-високата точка над главата на наблюдателя.

Надир -точка на небесната сфера, противоположна на зенита.

Равнината, перпендикулярна на отвеса, се наричахоризонтална равнина (или равнина на хоризонта).

Математически хоризонтсе нарича линия на пресичане на небесната сфера с хоризонтална равнина, минаваща през центъра на небесната сфера.

С невъоръжено око можете да видите около 6000 звезди в цялото небе, но ние виждаме само половината от тях, защото другата половина на звездното небе е блокирана от нас от Земята. Движат ли се звездите по небето? Оказва се, че всички се движат и по едно и също време. Можете лесно да проверите това, като наблюдавате звездното небе (фокусирайки се върху определени обекти).

Поради въртенето си видът на звездното небе се променя. Някои звезди току-що излизат от хоризонта (изгряват) в източната част, други по това време са високо над главата ви, а трети вече се крият зад хоризонта в западната страна (залязват). В същото време ни се струва, че звездното небе се върти като едно цяло. Сега всички го знаят добре Въртенето на небето е очевидно явление, причинено от въртенето на Земята.

Картина на това, което се случва със звездното небе в резултат на ежедневното въртене на Земята, може да бъде заснета с камера.

В полученото изображение всяка звезда е оставила своя отпечатък под формата на кръгова дъга (фиг. 2.3). Но има и такава звезда, чието движение през цялата нощ е почти незабележимо. Тази звезда се наричаше Поларис. Описва кръг с малък радиус през деня и винаги се вижда на почти еднаква височина над хоризонта в северната част на небето. Общият център на всички концентрични следи от звезди е в небето близо до Полярната звезда. Тази точка, към която е насочена оста на въртене на Земята, се нарича северен небесен полюс. Най-малък радиус има дъгата, описана от Полярната звезда. Но тази дъга и всички останали - независимо от техния радиус и кривина - съставляват една и съща част от окръжността. Ако беше възможно да се снимат пътеките на звездите в небето за цял ден, тогава снимката ще се окаже пълни кръгове - 360 °. В крайна сметка един ден е периодът на пълно завъртане на Земята около оста си. За един час Земята ще се завърти на 1/24 от кръга, т.е. 15°. Следователно дължината на дъгата, която звездата ще опише през това време, ще бъде 15 °, а след половин час - 7,5 °.

През деня звездите описват толкова по-големи кръгове, колкото по-далеч от Полярната звезда са.

Нарича се оста на ежедневно въртене на небесната сфераос на света (RR").

Точките на пресичане на небесната сфера с оста на света се наричатполюси на света(точка Р - северен небесен полюс, точка R" - южен небесен полюс).

Полярната звезда се намира близо до северния полюс на света. Когато погледнем Полярната звезда, или по-скоро към фиксирана точкадо него е северният полюс на света, посоката на погледа ни съвпада с оста на света. Южният небесен полюс се намира в южното полукълбо на небесната сфера.

Самолет ЕАW.Q., перпендикулярна на оста на света PP "и минаваща през центъра на небесната сфера, се наричаравнина на небесния екватор, а линията на пресичането му с небесната сфера енебесен екватор.

Небесен екватор - кръгова линия, получена от пресечната точка на небесната сфера с равнина, минаваща през центъра на небесната сфера, перпендикулярна на оста на света.

Небесният екватор разделя небесната сфера на две полукълба: северно и южно.

Оста на света, полюсите на света и небесният екватор са подобни на оста, полюсите и екватора на Земята, тъй като изброените имена се свързват с видимото въртене на небесната сфера и то е следствие от действително въртене на земното кълбо.

Равнина, преминаваща през зенитната точкаЗ , център СЪСнебесна сфера и полюс Рсветът се наричаравнина на небесния меридиан, и се образува линията на пресичането му с небесната сфералиния на небесния меридиан.

Небесен меридиан - голяма окръжност на небесната сфера, минаваща през зенита Z, небесния полюс P, южния небесен полюс R", надир Z"

На всяко място на Земята равнината на небесния меридиан съвпада с равнината на географския меридиан на това място.

Обедна линия Н.С. - това е линията на пресичане на равнините на меридиана и хоризонта. N – северна точка, S – южна точка

Наречена е така, защото по обяд сенките от вертикални обекти падат в тази посока.

• Какъв е периодът на въртене на небесната сфера? (Равен на периода на въртене на Земята - 1 ден).
• В каква посока се извършва видимото (привидното) въртене на небесната сфера? (Обратно на посоката на въртене на Земята).
• Какво можем да кажем за относителна позицияос на въртене на небесната сфера и земната ос? (Осите на небесната сфера и земната ос ще съвпадат).
• Всички точки от небесната сфера участват ли във видимото въртене на небесната сфера? (Точките, лежащи на оста, са в покой).

Земята се движи по орбита около Слънцето. Оста на въртене на Земята е наклонена към равнината на орбитата под ъгъл 66,5°.Поради действието на гравитационните сили от Луната и Слънцето, оста на въртене на Земята се измества, докато наклонът на оста към равнината на земната орбита остава постоянен. Изглежда, че земната ос се плъзга по повърхността на конуса. (същото се случва и с оста на обикновен плот в края на въртенето).

Това явление е открито през 125 г. пр.н.е. д. от гръцкия астроном Хипарх и наз прецесия.

Земната ос извършва едно завъртане за 25 776 години - този период се нарича Платонова година. Сега близо до P - северния полюс на света има Полярната звезда - α Малката мечка. Полярната звезда е звездата, която в момента се намира близо до Северния полюс на света. В наше време, от около 1100 г., такава звезда е Алфа Малка мечка - Киносура. Преди това титлата Поларис се приписваше последователно на π, η и τ Херкулес, звездите Тубан и Кохаб. Римляните изобщо не са имали Полярна звезда, а Кохаб и Киносура (α Малка мечка) са били наричани Пазители.

В началото на нашата хронология небесният полюс е бил близо до α Дракон – преди 2000 години. През 2100 г. небесният полюс ще бъде само на 28" от Полярната звезда - сега е на 44". През 3200 г. съзвездието Цефей ще стане полярно. През 14 000 Вега (α Лира) ще бъде полярна.

Как да намерим Полярната звезда в небето?

За да намерите Полярната звезда, трябва мислено да начертаете права линия през звездите на Голямата мечка (първите 2 звезди от „кофата“) и да преброите 5 разстояния между тези звезди по нея. На това място, до правата линия, ще видим звезда, почти идентична по яркост със звездите на „кофата“ - това е Полярната звезда.

В съзвездието, което често се нарича Малката мечка, Полярната звезда е най-ярката. Но както повечето звезди в кофата на Голямата мечка, Поларис е звезда от втора величина.

Летен (лятно-есенен) триъгълник = звезда Вега (α Lyrae, 25,3 светлинни години), звезда Денеб (α Cygnus, 3230 светлинни години), звезда Алтаир (α Orlae, 16,8 светлинни години)

Съдържанието на статията

НЕБЕСНА СФЕРА.Когато наблюдаваме небето, всички астрономически обекти изглеждат разположени върху куполообразна повърхност, в центъра на която се намира наблюдателят. Този въображаем купол образува горната половина на въображаема сфера, наречена "небесна сфера". Той играе основна роля при указване на позицията на астрономически обекти.

Оста на въртене на Земята е наклонена с около 23,5° спрямо перпендикуляра, начертан към равнината на земната орбита (към равнината на еклиптиката). Пресечната точка на тази равнина с небесната сфера дава кръг - еклиптиката, видимият път на Слънцето за една година. Ориентацията на земната ос в пространството остава почти непроменена. Така всяка година през юни, когато северният край на оста е наклонен към Слънцето, то се издига високо в небето в Северното полукълбо, където дните стават дълги, а нощите къси. След като се премести на противоположната страна на орбитата през декември, Земята се обръща към Слънцето с южното полукълбо, а на нашия север дните стават къси, а нощите дълги. См. Също СЕЗОНИ.

Но под въздействието на слънчевата и лунната гравитация ориентацията на земната ос постепенно се променя. Основното движение на оста, причинено от влиянието на Слънцето и Луната върху екваториалната изпъкналост на Земята, се нарича прецесия. В резултат на прецесията земната ос се върти бавно около перпендикуляр на орбиталната равнина, описвайки конус с радиус 23,5° в продължение на 26 хиляди години. Поради тази причина след няколко века полюсът вече няма да е близо до Полярната звезда. В допълнение, оста на Земята претърпява малки трептения, наречени нутация, които са свързани с елиптичността на орбитите на Земята и Луната, както и с факта, че равнината на орбитата на Луната е леко наклонена спрямо равнината на земната орбита.

Както вече знаем, видът на небесната сфера се променя през нощта поради въртенето на Земята около оста си. Но дори и да наблюдавате небето по едно и също време през цялата година, видът му ще се промени поради въртенето на Земята около Слънцето. За пълна орбита от 360° Земята изисква прибл. 365 1/4 дни – приблизително един градус на ден. Между другото, ден, или по-точно слънчев ден, е времето, през което Земята се завърта веднъж около оста си спрямо Слънцето. Състои се от времето, необходимо на Земята да се завърти спрямо звездите („звезден ден“), плюс кратко време – около четири минути – необходимо за въртенето, за да компенсира орбиталното движение на Земята с един градус на ден. Така за една година ок. 365 1/4 слънчеви дни и прибл. 366 1/4 звезди.

Когато се наблюдават от определена точка на Земята, звездите, разположени близо до полюсите, или винаги са над хоризонта, или никога не се издигат над него. Всички останали звезди изгряват и залязват и всеки ден изгряването и залязването на всяка звезда става 4 минути по-рано от предишния ден. Някои звезди и съзвездия изгряват в небето през нощта през зимата - ние ги наричаме "зима", докато други са "лято".

Така външният вид на небесната сфера се определя от три пъти: времето от деня, свързано с въртенето на Земята; времето от годината, свързано с революцията около Слънцето; епоха, свързана с прецесия (въпреки че последният ефект едва ли се забелязва „на око“ дори след 100 години).

Координатни системи.

Има различни начини за указване на положението на обектите на небесната сфера. Всеки от тях е подходящ за определен тип задача.

Алт-азимутална система.

За да се посочи позицията на обект в небето по отношение на земните обекти около наблюдателя, се използва "алт-азимут" или "хоризонтална" координатна система. Показва ъгловото разстояние на обекта над хоризонта, наречено "височина", както и неговия "азимут" - ъгловото разстояние по хоризонта от условна точка до точка непосредствено под обекта. В астрономията азимутът се измерва от точка от юг на запад, а в геодезията и навигацията от точка от север на изток. Ето защо, преди да използвате азимута, трябва да разберете в коя система е посочен. Точката в небето точно над главата има височина 90 ° и се нарича "зенит", а точката, диаметрално противоположна на нея (под краката) се нарича "надир". За много задачи е важен голям кръг от небесната сфера, наречен "небесен меридиан"; преминава през зенита, надира и небесните полюси и пресича хоризонта в точки на север и юг.

Екваториална система.

Поради въртенето на Земята, звездите непрекъснато се движат спрямо хоризонта и кардиналните точки, а координатите им в хоризонталната система се променят. Но за някои проблеми на астрономията координатната система трябва да бъде независима от позицията на наблюдателя и времето на деня. Такава система се нарича "екваториална"; координатите му приличат географски ширинии географска дължина. При него равнината на земния екватор, разширена до пресечната точка с небесната сфера, задава главния кръг - "небесния екватор". „Деклинацията“ на една звезда наподобява географската ширина и се измерва с нейното ъглово разстояние на север или юг от небесния екватор. Ако звездата се вижда точно в зенита, тогава географската ширина на мястото на наблюдение е равна на деклинацията на звездата. Географската дължина съответства на "правилното изкачване" на звездата. Измерва се на изток от точката на пресичане на еклиптиката с небесния екватор, която Слънцето минава през март, в деня на началото на пролетта в Северното полукълбо и есента в Южното. Тази важна за астрономията точка се нарича „първа точка на Овен” или „точка на пролетното равноденствие” и се обозначава със знака. Стойностите на ректасензия обикновено се дават в часове и минути, като се има предвид, че 24 часа са равни на 360°.

Екваториалната система се използва при наблюдение с телескопи. Телескопът е инсталиран така, че да може да се върти от изток на запад около ос, насочена към небесния полюс, като по този начин компенсира въртенето на Земята.

Други системи.

За някои цели се използват и други координатни системи на небесната сфера. Например, когато изучаваме движението на телата в слънчева система, използват координатна система, чиято основна равнина е равнината на земната орбита. Структурата на Галактиката се изучава в координатна система, чиято основна равнина е екваториалната равнина на Галактиката, представена на небето от кръг, минаващ по Млечния път.

Сравнение на координатни системи.

Най-важните подробности за хоризонталната и екваториалната система са показани на фигурите. В таблицата тези системи са сравнени с географската координатна система.

Преход от една система към друга.

Често има нужда да се изчислят нейните екваториални координати от алт-азимуталните координати на звезда и обратно. За да направите това, е необходимо да знаете момента на наблюдение и позицията на наблюдателя на Земята. Математически проблемът се решава с помощта на сферичен триъгълник с върхове в зенита, северния небесен полюс и звездата X; той се нарича "астрономически триъгълник".

Ъгълът с върха на северния небесен полюс между меридиана на наблюдателя и посоката към някаква точка на небесната сфера се нарича "часов ъгъл" на тази точка; измерва се на запад от меридиана. Часовият ъгъл на пролетното равноденствие, изразен в часове, минути и секунди, се нарича „звездно време“ (Si. T. - звездно време) в точката на наблюдение. И тъй като правото изкачване на звезда също е полярният ъгъл между посоката към нея и точката на пролетното равноденствие, звездното време е равно на правилното изкачване на всички точки, лежащи на меридиана на наблюдателя.

По този начин часовият ъгъл на всяка точка от небесната сфера е равен на разликата между звездното време и нейното право изкачване:

Нека географската ширина на наблюдателя е й. Дадени екваториалните координати на звезда аИ д, след това неговите хоризонтални координати АИ може да се изчисли по следните формули:

Можете да решите и обратната задача: според измерените стойности АИ ч, знаейки времето, изчислете аИ д. Склонение дсе изчислява директно от последната формула, след което се изчислява от предпоследната н, и от първото, ако е известно звездното време, то се изчислява а.

Представяне на небесната сфера.

В продължение на много векове учените са търсили най-добрите начиниизображения на небесната сфера за нейното изследване или демонстрация. Бяха предложени два вида модели: двумерни и триизмерни.

Небесната сфера може да бъде изобразена на равнина по същия начин, както сферичната Земя се изобразява на картите. И в двата случая трябва да изберете система геометрична проекция. Първият опит за представяне на части от небесната сфера в равнина са скални рисунки на звездни конфигурации в пещерите на древните хора. В наши дни има различни звездни карти, публикувани под формата на ръчно рисувани или фотографски звездни атласи, покриващи цялото небе.

Древните китайски и гръцки астрономи концептуализираха небесната сфера в модел, известен като "армилярна сфера". Състои се от метални кръгове или пръстени, свързани заедно, така че да показват най-важните кръгове на небесната сфера. В днешно време често се използват звездни глобуси, върху които са отбелязани позициите на звездите и главните кръгове на небесната сфера. Армиларните сфери и глобуси имат общ недостатък: позициите на звездите и означенията на кръговете са отбелязани от външната им, изпъкнала страна, която гледаме отвън, докато гледаме небето „отвътре“, а звездите ни изглеждат разположени на вдлъбнатата страна на небесната сфера. Това понякога води до объркване в посоките на движение на звездите и фигурите от съзвездията.

Най-реалистично представяне на небесната сфера осигурява планетариум. Оптичната проекция на звезди върху полусферичен екран отвътре ви позволява много точно да възпроизведете външния вид на небето и всички видове движения на осветителните тела върху него.

Тема 4. НЕБЕСНА СФЕРА. АСТРОНОМИЧЕСКИ КООРДИНАТНИ СИСТЕМИ

4.1. НЕБЕСНА СФЕРА

Небесна сфера - въображаема сфера с произволен радиус, върху която се проектират небесните тела. Служи за решаване на различни астрометрични задачи. Окото на наблюдателя обикновено се приема за център на небесната сфера. За наблюдател на земната повърхност въртенето на небесната сфера възпроизвежда ежедневното движение на светилата в небето.

Идеята за небесната сфера възниква в древни времена; тя се основаваше на визуалното впечатление за съществуването на куполен небесен свод. Това впечатление се дължи на факта, че в резултат на огромното разстояние на небесните тела човешкото око не може да оцени разликите в разстоянията до тях и те изглеждат еднакво отдалечени. Сред древните народи това се свързва с наличието на истинска сфера, която ограничава целия свят и носи множество звезди на повърхността си. Така според тях небесната сфера е най-важният елемент на Вселената. С развитие научно познаниетакъв поглед към небесната сфера е изчезнал. Въпреки това, геометрията на небесната сфера, заложена в древността, в резултат на развитие и усъвършенстване, получи съвременна форма, в която се използва в астрометрията.

Радиусът на небесната сфера може да се вземе по всякакъв начин: за да се опростят геометричните отношения, се приема, че е равен на единица. В зависимост от проблема, който се решава, центърът на небесната сфера може да бъде поставен на мястото:

къде се намира наблюдателят (топоцентрична небесна сфера),

до центъра на Земята (геоцентрична небесна сфера),

до центъра на определена планета (планетоцентрична небесна сфера),

до центъра на Слънцето (хелиоцентричната небесна сфера) или до която и да е друга точка в пространството.

Всяко светило на небесната сфера съответства на точка, в която се пресича от права линия, свързваща центъра на небесната сфера със светилото (с неговия център). При изучаване на относителното положение и видими движениясветила на небесната сфера избират една или друга координатна система), определена от основните точки и линии. Последните обикновено са големи кръгове от небесната сфера. Всеки голям кръг на сфера има два полюса, определени върху него от краищата на диаметър, перпендикулярен на равнината на дадения кръг.

Имена на най-важните точки и дъги на небесната сфера

Отвес (или вертикална линия) - права линия, минаваща през центровете на Земята и небесната сфера. Отвесът пресича повърхността на небесната сфера в две точки - зенит , над главата на наблюдателя и надир – диаметрално противоположна точка.

математически хоризонт - голяма окръжност на небесната сфера, чиято равнина е перпендикулярна на отвеса. Равнината на математическия хоризонт минава през центъра на небесната сфера и разделя нейната повърхност на две половини: видимиза наблюдателя, с върха в зенита, и невидим, като горната част е в надир. Математическият хоризонт може да не съвпада с видимия хоризонт поради неравностите на земната повърхност и различните височини на точките за наблюдение, както и огъването на светлинните лъчи в атмосферата.

Ориз. 4.1. Небесна сфера

ос на света – оста на видимото въртене на небесната сфера, успоредна на земната ос.

Оста на света се пресича с повърхността на небесната сфера в две точки - северен полюс на света И Южен полюсмир .

Небесен полюс - точка на небесната сфера, около която се извършва видимото дневно движение на звездите поради въртенето на Земята около оста си. Северният полюс на света се намира в съзвездието Малка мечка, южно в съзвездието Октант. Като резултат прецесияПолюсите на света се изместват с около 20" на година.

Височината на небесния полюс е равна на географската ширина на наблюдателя. Небесният полюс, разположен в надхоризонтната част на сферата, се нарича повдигнат, а другият небесен полюс, разположен в подхоризонтната част на сферата, се нарича нисък.

Небесен екватор - голям кръг от небесната сфера, чиято равнина е перпендикулярна на оста на света. Небесният екватор разделя повърхността на небесната сфера на две полукълба: северен полукълбо , с върха си на северния небесен полюс, и Южно полукълбо , с връх на южния небесен полюс.

Небесният екватор пресича математическия хоризонт в две точки: точка изток И точка запад . Източната точка е тази, в която точките на въртящата се небесна сфера пресичат математическия хоризонт, преминавайки от невидимото полукълбо във видимото.

Небесен меридиан - голяма окръжност на небесната сфера, чиято равнина минава през отвеса и оста на света. Небесният меридиан разделя повърхността на небесната сфера на две полукълба - източното полукълбо , с върха си в източната точка, и западното полукълбо , с върха си в точката запад.

Обедна линия – пресечната линия на равнината на небесния меридиан и равнината на математическия хоризонт.

Небесен меридиан се пресича с математическия хоризонт в две точки: Северна точка И точка юг . Северната точка е тази, която е по-близо до северния полюс на света.

Еклиптика – траекторията на видимото годишно движение на Слънцето през небесната сфера. Равнината на еклиптиката се пресича с равнината на небесния екватор под ъгъл ε = 23°26".

Еклиптиката пресича небесния екватор в две точки - пролет И есента равноденствие . В точката на пролетното равноденствие Слънцето се премества от южното полукълбо на небесната сфера към северното, в точката на есенното равноденствие - от северното полукълбо на небесната сфера към южното.

Наричат ​​се точки от еклиптиката, които са на 90° от равноденствията точка лятото слънцестоене (в северното полукълбо) и точка зимата слънцестоене (в южното полукълбо).

ос еклиптика – диаметър на небесната сфера, перпендикулярен на равнината на еклиптиката.

4.2. Основни линии и равнини на небесната сфера

Оста на еклиптиката се пресича с повърхността на небесната сфера в две точки - северен полюс на еклиптиката , лежащ в северното полукълбо, и южния полюс на еклиптиката, лежащ в южното полукълбо.

Алмукантарат (Арабски кръг с еднакви височини) светило - малък кръг от небесната сфера, преминаващ през светилото, чиято равнина е успоредна на равнината на математическия хоризонт.

Височинен кръг или вертикален кръг или вертикален осветителни тела - голям полукръг от небесната сфера, преминаващ през зенита, светилото и надира.

Ежедневен паралел светило - малък кръг от небесната сфера, преминаващ през светилото, чиято равнина е успоредна на равнината на небесния екватор. Видимите дневни движения на светилата се извършват по дневните паралели.

кръг деклинация светила - голям полукръг от небесната сфера, преминаващ през полюсите на света и светилото.

кръг еклиптика географска ширина , или просто кръгът на ширината на светилото - голям полукръг от небесната сфера, преминаващ през полюсите на еклиптиката и светилото.

кръг галактически географска ширина светила - голям полукръг от небесната сфера, преминаващ през галактическите полюси и светила.

2. АСТРОНОМИЧЕСКИ КООРДИНАТНИ СИСТЕМИ

Небесната координатна система се използва в астрономията, за да опише положението на светилата в небето или точките върху въображаема небесна сфера. Координатите на светилата или точките се определят от две ъглови стойности (или дъги), които еднозначно определят позицията на обектите върху небесната сфера. По този начин небесната координатна система е сферична координатна система, в която третата координата - разстоянието - често е неизвестна и не играе роля.

Небесните координатни системи се различават една от друга по избора на основната равнина. В зависимост от поставената задача може да е по-удобно да използвате една или друга система. Най-често използваните са хоризонталната и екваториалната координатна система. По-рядко - еклиптика, галактика и др.

Хоризонтална координатна система

Хоризонталната координатна система (хоризонтална) е система от небесни координати, в която основната равнина е равнината на математическия хоризонт, а полюсите са зенит и надир. Използва се при наблюдение на звездите и движението на небесните тела от Слънчевата система на земята с невъоръжено око, през бинокъл или телескоп. Хоризонталните координати на планетите, Слънцето и звездите непрекъснато се променят през деня поради ежедневното въртене на небесната сфера.

Прави и равнини

Хоризонталната координатна система винаги е топоцентрична. Наблюдателят винаги се намира във фиксирана точка на повърхността на земята (отбелязана с буквата O на фигурата). Ще приемем, че наблюдателят се намира в северното полукълбо на Земята на ширина φ. С помощта на отвес посоката към зенита (Z) се определя като горната точка, към която е насочена отвесната линия, а надирът (Z") се определя като дъното (под Земята). Следователно линията ( ZZ"), свързваща зенита и надира, се нарича отвес.

4.3. Хоризонтална координатна система

Равнината, перпендикулярна на отвеса в точка O, се нарича равнина на математическия хоризонт. На тази равнина се определя посоката на юг (географска) и север, например по посока на най-късата сянка на гномона през деня. Тя ще бъде най-къса по обяд, а линията (NS), свързваща юг със север, се нарича обедна линия. Точките на изток (E) и запад (W) се приемат за 90 градуса от точката на юг, съответно обратно на часовниковата стрелка и по посока на часовниковата стрелка, гледани от зенита. Така NESW е равнината на математическия хоризонт

Равнината, преминаваща през пладне и отвес (ZNZ"S) се нарича равнина на небесния меридиан , а равнината, преминаваща през небесното тяло, е вертикална равнина на дадено небесно тяло . Големият кръг, в който пресича небесната сфера, наречен вертикал на небесното тяло .

В хоризонтална координатна система една координата е една от двете височина на осветителното тяло h, или неговият зенитно разстояние z. Другата координата е азимут А.

Височина h на осветителното тяло се нарича дъгата на вертикала на осветителното тяло от равнината на математическия хоризонт към посоката към осветителното тяло. Височините се измерват от 0° до +90° до зенита и от 0° до −90° до надира.

Зенитно разстояние z на осветителното тяло се нарича дъгата на вертикала на осветителното тяло от зенита до осветителното тяло. Зенитните разстояния се измерват от 0° до 180° от зенита до надира.

Азимут А на светилото се нарича дъгата на математическия хоризонт от точката на юг до вертикалата на светилото. Азимутите се измерват в посоката на дневното въртене на небесната сфера, т.е. на запад от южната точка, вариращи от 0° до 360°. Понякога азимутите се измерват от 0° до +180° на запад и от 0° до −180° на изток (в геодезията азимутите се измерват от северната точка).

Характеристики на промените в координатите на небесните тела

През деня звездата описва кръг, перпендикулярен на оста на света (PP"), който на ширина φ е наклонен към математическия хоризонт под ъгъл φ. Следователно тя ще се движи успоредно на математическия хоризонт само при φ равно до 90 градуса, тоест на северния полюс.Следователно всички звезди, видими там, няма да залязат (включително Слънцето за половин година, вижте продължителността на деня) и тяхната височина h ще бъде постоянна.На други географски ширини , достъпен за наблюдение на дадено времегодини звездите се разделят на:

низходящ и възходящ (h преминава през 0 през деня)

непристигащ (h винаги е по-голямо от 0)

невъзходящ (h винаги е по-малко от 0)

Максималната височина h на звездата ще се наблюдава веднъж дневно при едно от двете й преминавания през небесния меридиан – горната кулминация, а минималната – при второто от тях – долната кулминация. От долната към горната кулминация височината h на звездата се увеличава, от горната към долната намалява.

Първа екваториална координатна система

В тази система основната равнина е равнината на небесния екватор. Едната координата в този случай е деклинацията δ (по-рядко полярното разстояние p). Друга координата е часовият ъгъл t.

Деклинацията δ на светилото е дъгата на окръжността на деклинацията от небесния екватор към светилото или ъгълът между равнината на небесния екватор и посоката към светилото. Деклинациите се измерват от 0° до +90° към северния небесен полюс и от 0° до −90° към южния небесен полюс.

4.4. Екваториална координатна система

Полярното разстояние p на светилото е дъгата на деклинационния кръг от северния небесен полюс до светилото или ъгълът между оста на света и посоката към светилото. Полярните разстояния се измерват от 0° до 180° от северния небесен полюс на юг.

Часовият ъгъл t на светило е дъгата на небесния екватор от най-високата точка на небесния екватор (т.е. точката на пресичане на небесния екватор с небесния меридиан) до кръга на деклинацията на светилото, или двустенен ъгълмежду равнините на небесния меридиан и кръга на деклинация на светилото. Часовите ъгли се броят към дневното въртене на небесната сфера, т.е. на запад от най-високата точка на небесния екватор, вариращи от 0° до 360° (в степенна мярка) или от 0 до 24 часа (на час). Понякога часовите ъгли се измерват от 0° до +180° (0h до +12h) на запад и от 0° до −180° (0h до −12h) на изток.

Втора екваториална координатна система

В тази система, както и в първата екваториална система, основната равнина е равнината на небесния екватор, а едната координата е деклинацията δ (по-рядко полярното разстояние p). Другата координата е ректасцензия α. Правата асцензия (RA, α) на светило е дъгата на небесния екватор от точката на пролетното равноденствие до кръга на деклинация на светилото или ъгълът между посоката към точката на пролетното равноденствие и равнината от кръга на деклинация на светилото. Ректасцензиите се броят в посока, обратна на дневното въртене на небесната сфера, варираща от 0° до 360° (в градусна мярка) или от 0h до 24h (в часова мярка).

RA е астрономическият еквивалент на земната дължина. Както RA, така и географската дължина измерват ъгъла изток-запад по екватора; и двете мерки се основават на нулевата точка на екватора. За географската дължина нулевата точка е основният меридиан; за RA нулевата отметка е мястото в небето, където Слънцето пресича небесния екватор при пролетното равноденствие.

Деклинацията (δ) в астрономията е една от двете координати на екваториалната координатна система. Равно на ъгловото разстояние на небесната сфера от равнината на небесния екватор до светилото и обикновено се изразява в градуси, минути и дъгови секунди. Деклинацията е положителна на север от небесния екватор и отрицателна на юг. Деклинацията винаги има знак, дори ако деклинацията е положителна.

Деклинацията на небесен обект, преминаващ през зенита, е равна на географската ширина на наблюдателя (ако считаме северната ширина със знак + и южната ширина като отрицателна). В северното полукълбо на Земята, за дадена географска ширина φ, небесни обекти с деклинация

δ › +90° − φ не излизат извън хоризонта, поради което се наричат ​​незалязващи. Ако деклинацията на обекта е δ

Еклиптична координатна система

В тази система основната равнина е равнината на еклиптиката. Едната координата в този случай е еклиптичната ширина β, а другата е еклиптичната дължина λ.

4.5. Връзка между еклиптиката и втората екваториална координатна система

Еклиптичната ширина на β осветително тяло е дъгата на окръжността на ширината от еклиптиката до осветителното тяло или ъгълът между равнината на еклиптиката и посоката към осветителното тяло. Географските ширини на еклиптиката се измерват от 0° до +90° спрямо северния полюс на еклиптиката и от 0° до −90° до южния полюс на еклиптиката.

Еклиптичната дължина λ на светило е дъгата на еклиптиката от точката на пролетното равноденствие до кръга на ширината на светилото или ъгълът между посоката към точката на пролетното равноденствие и равнината на кръга на ширината на светилото. Дължините на еклиптиката се измерват в посоката на видимото годишно движение на Слънцето по еклиптиката, тоест на изток от пролетното равноденствие в диапазона от 0° до 360°.

Галактическа координатна система

В тази система основната равнина е равнината на нашата Галактика. Едната координата в този случай е галактическата ширина b, а другата е галактическата дължина l.

4.6. Галактическа и втора екваториална координатна система.

Галактическата ширина b на светило е дъгата на окръжността на галактическата ширина от еклиптиката до светилото или ъгълът между равнината на галактическия екватор и посоката към светилото.

Галактическите ширини варират от 0° до +90° до северния галактически полюс и от 0° до −90° до южния галактически полюс.

Галактическата дължина l на светило е дъгата на галактическия екватор от референтната точка C до окръжността на галактическата ширина на светилото или ъгълът между посоката към референтната точка C и равнината на окръжността на галактиката географска ширина на светилото. Галактическите дължини се измерват обратно на часовниковата стрелка, когато се гледат от северния галактически полюс, т.е. източно от изходна точка C, вариращи от 0° до 360°.

Референтната точка C се намира близо до посоката на галактическия център, но не съвпада с него, тъй като последният, поради лекото издигане на Слънчевата система над равнината на галактическия диск, се намира приблизително на 1° южно от галактически екватор. Началната точка C е избрана така, че пресечната точка на галактическия и небесния екватор с право изкачване 280° да има галактическа дължина 32.93192° (за епоха 2000).

системи координати. ... по темата " Небесен сфера. Астрономически координати" Сканиране на изображения от астрономическисъдържание. Карта...

Всички небесни тела са на необичайно големи и много различни разстояния от нас. Но за нас те изглеждат еднакво отдалечени и изглеждат разположени на някаква сфера. При решаването на практически задачи в авиационната астрономия е важно да се знае не разстоянието до звездите, а тяхното положение на небесната сфера в момента на наблюдение.

Небесната сфера е въображаема сфера с безкраен радиус, чийто център е наблюдателят. При изследване на небесната сфера, нейният център е подравнен с окото на наблюдателя. Размерите на Земята се пренебрегват, така че центърът на небесната сфера често се комбинира с центъра на Земята. Светилата се прилагат към сферата в позицията, в която са видими в небето в даден момент от дадена точка на местоположението на наблюдателя.

Небесната сфера има редица характерни точки, линии и кръгове. На фиг. 1.1 кръг с произволен радиус изобразява небесната сфера, в центъра на която, обозначена с точка О, се намира наблюдателят. Нека разгледаме основните елементи на небесната сфера.

Вертикалът на наблюдателя е права линия, минаваща през центъра на небесната сфера и съвпадаща с посоката на отвеса в точката на наблюдателя. Зенит Z е пресечната точка на вертикала на наблюдателя с небесната сфера, разположена над главата на наблюдателя. Надир Z" е пресечната точка на вертикала на наблюдателя с небесната сфера, противоположна на зенита.

Истинският хоризонт N E S W е голям кръг на небесната сфера, чиято равнина е перпендикулярна на вертикала на наблюдателя. Истинският хоризонт разделя небесната сфера на две части: надхоризонтното полукълбо, в което се намира зенитът, и подхоризонтното полукълбо, в което се намира надирът.

Оста на света PP” е права линия, около която се извършва видимото дневно въртене на небесната сфера.

Ориз. 1.1. Основни точки, прави и окръжности на небесната сфера

Оста на света е успоредна на оста на въртене на Земята, а за наблюдател, разположен на един от полюсите на Земята, тя съвпада с оста на въртене на Земята. Видимото дневно въртене на небесната сфера е отражение на действителното дневно въртене на Земята около нейната ос.

Небесните полюси са точките на пресичане на оста на света с небесната сфера. Небесният полюс, разположен в района на съзвездието Малка мечка, се нарича Северен небесен полюс P, а противоположният полюс се нарича Южен полюс.

Небесният екватор е голям кръг върху небесната сфера, чиято равнина е перпендикулярна на оста на света. Равнината на небесния екватор разделя небесната сфера на северното полукълбо, в което се намира Северният небесен полюс, и южното полукълбо, в което се намира Южният небесен полюс.

Небесният меридиан или меридианът на наблюдателя е голям кръг върху небесната сфера, преминаващ през полюсите на света, зенит и надир. Тя съвпада с равнината на земния меридиан на наблюдателя и разделя небесната сфера на източното и западното полукълбо.

Точките на север и юг са точките на пресичане на небесния меридиан с истинския хоризонт. Точката, която е най-близо до Северния полюс на света, се нарича северна точка на истинския хоризонт С, а точката, най-близка до Южния полюс на света, се нарича южна точка S. Точките на изток и запад са точките на пресечната точка на небесния екватор с истинския хоризонт.

Обедната линия е права линия в равнината на истинския хоризонт, свързваща точките на север и юг. Тази линия се нарича обедна, защото по обяд според местното истинско слънчево време сянката на вертикален полюс съвпада с тази линия, т.е. с истинския меридиан на дадена точка.

Южната и северната точка на небесния екватор са точките на пресичане на небесния меридиан с небесния екватор. Точката, която е най-близо до южната точка на хоризонта, се нарича южна точка на небесния екватор, а точката, най-близка до северната точка на хоризонта, се нарича северна точка

Вертикалът на светилото или кръгът на височината е голям кръг на небесната сфера, минаващ през зенита, надира и светилото. Първият вертикал е вертикалът, минаващ през точките на изток и запад.

Кръгът на деклинацията или часовият кръг на светилото, RMR, е голям кръг на небесната сфера, минаващ през полюсите на миоа и светилото.

Дневният паралел на светилото е малък кръг върху небесната сфера, начертан през светилото успоредно на равнината на небесния екватор. Видимото дневно движение на светилата се извършва по дневните паралели.

Алмукантарат на светилото AMAG е малък кръг върху небесната сфера, начертан през светилото успоредно на равнината на истинския хоризонт.

Разглежданите елементи на небесната сфера намират широко приложение в авиационната астрономия.

Един от най-важните астрономически проблеми, без който е невъзможно да се решат всички други проблеми на астрономията, е определянето на положението на небесното тяло върху небесната сфера.

Небесна сфера- това е въображаема сфера с произволен радиус, описана от окото на наблюдателя, като от центъра. Ние проектираме позицията на всички небесни тела върху тази сфера. Разстоянията на небесната сфера могат да се измерват само в ъглови единици, в градуси, минути, секунди или радиани. Например ъгловите диаметри на Луната и Слънцето са приблизително 0. о 5.

Една от основните посоки, спрямо които се определя положението на наблюдаваното небесно тяло е отвес. Отвес навсякъде по земното кълбо е насочен към центъра на тежестта на Земята. Ъгълът между отвеса и равнината на земния екватор се нарича астрономическа ширина.

Равнината, перпендикулярна на отвеса, се нарича хоризонтална равнина.

Във всяка точка на Земята наблюдателят вижда половин сфера, въртяща се плавно от изток на запад, заедно със звездите, привидно прикрепени към нея. Това видимо въртене на небесната сфера се обяснява с равномерното въртене на Земята около оста си от запад на изток.

Отвесът пресича небесната сфера в точка зенит, Зи в точката надир, З".

Ориз. 2. Небесна сфера

Голямата окръжност на небесната сфера, по която хоризонталната равнина, минаваща през окото на наблюдателя (точка C на фиг. 2), се пресича с небесната сфера, се нарича истински хоризонт. Спомнете си, че голямата окръжност на небесната сфера е окръжност, минаваща през центъра на небесната сфера. Окръжностите, образувани от пресичането на небесната сфера с равнини, които не минават през нейния център, се наричат ​​малки окръжности.

Права, успоредна на земната ос и минаваща през центъра на небесната сфера, се нарича ос на света. Тя пресича небесната сфера в северен полюс на света, P и в южния полюс на светаП".

От фиг. 1 показва, че оста на света е наклонена към равнината на истинския хоризонт под ъгъл. Привидното въртене на небесната сфера се извършва около оста на света от изток на запад, в посока, обратна на истинското въртене на Земята, която се върти от запад на изток.

Големият кръг на небесната сфера, чиято равнина е перпендикулярна на оста на света, се нарича небесен екватор. Небесният екватор разделя небесната сфера на две части: северна и южна. Небесният екватор е успореден на екватора на Земята.

Равнина, минаваща през отвес и оста на света, пресича небесната сфера по правата небесен меридиан. Небесният меридиан пресича истинския хоризонт на точки север, N и юг, S. И равнините на тези окръжности се пресичат обедна линия. Небесният меридиан е проекция върху небесната сфера на земния меридиан, на който се намира наблюдателят. Следователно на небесната сфера има само един меридиан, защото един наблюдател не може да бъде на два меридиана едновременно!

Небесният екватор пресича истинския хоризонт при точки изток, E, и запад, W. EW линията е перпендикулярна на обедната линия. Точка Q е най-високата точка на екватора, а Q" е най-ниската точка на екватора.

Наричат ​​се големи окръжности, чиито равнини минават през отвес вертикали. Вертикалната права, минаваща през точки W и E, се нарича първи вертикал.

Наричат ​​се големи кръгове, чиито равнини минават през оста на света деклинационни кръгове или часови кръгове.

Малки кръгове на небесната сфера, чиито равнини са успоредни на небесния екватор, се наричат небесни или ежедневни паралели.Те се наричат ​​дневни, защото по тях се извършва ежедневното движение на небесните тела. Екваторът също е дневен паралел.

Малък кръг от небесната сфера, чиято равнина е успоредна на равнината на хоризонта, се нарича алмукантарат.

Въпроси

1 . Има ли място на Земята, където въртенето на небесната сфера става около отвес?

Задачи

1. Начертайте върху чертежа небесната сфера в проекция върху равнината на хоризонта.

Решение:Както е известно, проекцията на всяка точка А върху всяка равнина е пресечната точка на равнината и перпендикуляра, изтеглен от точка А към равнината. Проекцията на отсечка, перпендикулярна на равнина, е точка. Проекцията на окръжност, успоредна на равнина, е същата окръжност върху равнината, проекцията на окръжност, перпендикулярна на равнината, е сегмент, а проекцията на окръжност, наклонена към равнината, е елипса, колкото по-сплесната, толкова по-близо до ъгълът на наклон е до 90 о. По този начин, за да начертаете проекция на небесната сфера върху която и да е равнина, е необходимо да спуснете перпендикуляри от всички точки на небесната сфера върху тази равнина. Последователността на действията е следната. На първо място, трябва да начертаете кръг, лежащ в равнината на проекцията, в този случай това ще бъде хоризонтът. След това начертайте всички точки и линии, лежащи в равнината на хоризонта. В този случай това ще бъде центърът на небесната сфера C и точките юг S, север N, изток E и запад W, както и обедната линия NS. След това спускаме перпендикулярите върху равнината на хоризонта от останалите точки на небесната сфера и установяваме, че проекцията на зенита Z, надира Z" и отвеса ZZ" върху равнината на хоризонта е точката, съвпадаща с центъра на небесна сфера C (виж фиг. 3). Проекцията на първия вертикал е сегментът EW, проекцията на небесния меридиан съвпада с обедната линия NS. Точките, разположени на небесния меридиан: полюсите P и P", както и горната и долната точка на екватора Q и Q" следователно се проектират върху обедна линияЕдин и същ. Екваторът е голям кръг от небесната сфера, наклонен към равнината на хоризонта, така че неговата проекция е елипса, минаваща през точките на изток E, на запад W и проекциите на точките Q и Q."

2. Начертайте върху чертежа небесната сфера в проекция върху равнината на небесния меридиан.

Решение:Показано на фиг.4

3. Начертайте върху чертежа небесната сфера в проекция върху равнината на небесния екватор.

4. Начертайте върху чертежа небесната сфера в проекция върху равнината на първия вертикал.