Глава 2. Видимые положения небесных светил

 

Общие принципы сферических систем координат. Небесная сфера, основные линии и точки на ней. Видимое суточное движение небосвода. Восход, кульминации и заход светил.

Общие понятия небесной сферы

Поскольку небесные светила находятся далеко, они представляются нам расположенными как бы на внутренней стороне кажущейся большой сферы (так как. размеры Земли малы по сравнению с расстоянием до Земли).

Небесная сфера – это воображаемая сфера произвольного радиуса с центром в произвольной точке пространства (т. наблюдения), на поверхности которой нанесены положения светил так, как они видны на небе в некоторый момент времени из данной точки пространства, т.е. воображаемый наблюдатель в центре небесной сферы должен видеть положения на её поверхности точно в таком же взаимном расположении, как и реальный наблюдатель видит реальные светила на небе.

Особое свойство небесной сферы: одна и та же точка небесной сферы (например, одна и та же звезда) видна из разных мест земной поверхности по параллельным направлениям, т.е. из-за малых размеров Земли в сравнении с расстояниями до звёзд (с принятым радиусом небесной сферы). Наблюдателей, расположенных в разных местах земной поверхности, можно считать находящимися в центре небесной сферы.(около 13 тысяч км – диаметр Земли и 4.3 световых лет- расстояние до ближайшей звезды).

 

Общие принципы сферической системы координат. Небесная сфера служит для изучения видимого положения и движения небесных тел, путем использования её для построения сферической системы координат (ССК). ССК представляет собой обобщение принципов полярных координат на плоскости (r, q) на трёхмерное пространство (r, a, d, где r – радиус, a, d - координаты). Если величина радиуса сферы r =1 (то есть принят бесконечно большим – расстояние до самого удаленного обьекта Вселенной» 14 млрд. св. лет!), то тогда для ССК можно использовать 2 числа (a, d). Видимые положения небесных светил можно определять только направлениями, а их взаимное расположение – углами между этими направлениями или соответствующими дугами больших кругов на сфере, из центра которой исходят все направления.

Рис.2.1 Небесная сфера

Все измерения на небесной сфере проводятся только в условных или дуговых единицах (градусы, минуты, секунды, дуги). Правомочно центральные углы заменять соответствующими им дугами больших углов – наикратчайшими расстояниями между точками небесной сферы. Пример угловых расстояний на небесной сфере – угловые диаметры Солнца и Луны ~ 0°.5. Вид небесной сферы со светилами существует неизменным за последние несколько тысяч лет. Все нынешние светила такие же, как и во времена древних греков, т.е. 2,5 тыс. лет назад.

 

2.2 Основные элементы небесной сферы и суточное вращение небесной сферы (небосвода)

Терминология

Обычно даётся вид небесной сферы извне, в то время как наблюдатель находится в её центре. Все построения представляют на поверхности небесной сферы (изнутри, лишь в планетарии)

В т. О находится наблюдатель – половина видимой небесной сферы.)

Земля – принята за шар!

а) б)

Рис.2.2 Элементы небесной сферы (а); вся небесная сфера, где в центре т. О - наблюдатель (б).

Напр-е отвесной линии - линия, проходящая через любую точку на поверхности Земли (наблюдатель, пункт направления над головой набл.) и центр масс Земли ZOZ¢. Отвесная линия пересекает небесную сферу в 2-х точках – Z (зенит – точно над головой наблюдателя) и Z¢ (надир – противоположная точка на сфере).

Плоскость, перпендикулярная к отвесной линии и проходящая через т. О называется истинным или математическим горизонтом (большой круг небесной сферы NESW, то есть, мнимая, воображаемая окружность на сфере). Есть реальный, видимый горизонт, Он лежит на поверхности Земли и зависит от рельефа местности. В моменты восхода и захода светила считают находящимися на истинном горизонте.

Суточное вращение небесной сферы. Из наблюдений звёздного неба видно, что небесная сфера медленно вращается в направлении от востока к западу (суточное - поскольку её период равен одним суткам), но это кажущееся (если стоять лицом к Югу, то вращение небесной сферы по направлению часовой стрелки). Реально же Земля вращается вокруг оси в направлении с запада на восток (подтверждается опытами с маятником Фуко, отклонением падающих тел к востоку). В астрономии сохранена терминология кажущихся явлений: восход и заход небесных светил, суточные движения Земли и Луны, вращение звёздного неба.

Суточное вращение Земли происходит вокруг земной оси рр¢, а видимое вращение небесной сферы происходит вокруг её диаметра РР¢, параллельного земной оси и называемого осью мира.

 

Ось мира пересекается с небесной сферой в 2-х точках – северный полюс мира (P) в северном полушарии находится на расстоянии ~ 1° от звезды a в созвездии Малой Медведицы и южный полюс (P¢) в южном полушарии находится в созвездии Октанта (нет ярких звёзд, но можно определиться по созвездию Южный крест). Оба полюса неподвижны на небесной сфере.

 

Большой круг (QQ¢) небесной сферы, плоскость которого перпендикулярна оси мира называется небесным экватором, также проходит через центр небесной сферы. Небесный экватор пересекается с плоскостью горизонта в 2-х диаметрально противоположных точках: точка восток (Е) и точка запад (W). Небесный экватор вращается вместе с небесной сферой!

 

 

Большой круг небесной сферы, проходящий через полюса мира (Р, Р¢), зенит (Z) и надир (Z¢) называется небесным меридианом (неподвижным). Он пересекается с истинным горизонтом в точках юга (S) и севера (N), отстоящих от точек Е и W на 90⁰.

 

Отвесная линия и ось мира лежит в плоскости небесного меридиана, которые пересекаются с плоскостью истинного горизонта по диаметру (NOS) небесной сферы, проходящего через точку N и точку S. Это полуденная линия, поскольку Солнце в полдень находится вблизи небесного меридиана.

Вращается видимая небесная сфера, аточки Зенита, Надира и все точки истинного горизонта неподвижны относительно наблюдателя, т.е. не вращаются вместе с небесной сферой. Небесный меридиан проходит через неподвижные точки и точки полюса и также не вращается, т.е. связан с Землей. Он образует плоскость земного (географического) меридиана, на котором находится наблюдатель и поэтому не участвует в суточном вращении небесной сферы. Для всех наблюдателей, расположенных на общем географическом меридиане, небесный меридиан общий.

 

В суточном вращении небесной сферы вокруг оси мира небесные светила движутся по малым кругам, суточным или небесным параллелям, плоскости которых параллельны плоскости небесного экватора.

 

Каждое светило дважды в сутки пересекает (проходит) небесный меридиан. Один раз - его южную половину ( верхняя кульминация - высота светила над горизонтом наибольшая) и второй раз - его северную половину, через 12 часов - ( нижняя кульминация - высота светила над горизонтом наименьшая).

Глава 4. Время

 

Движение Земли как природный процесс для счета времени. Истинное солнечное время. Единицы измерения времени: сутки, час, минута, секунда. Проблема среднего солнечного времени, среднее Солнце. Уравнение времени и его компоненты. Звездное время. Переход от среднего времени к звездному и обратно.

Местное, поясное, летнее время. Переход от одного вида времени к другому. Всемирное и региональное время. Линия смены дат.

Всемирное (UT) и координированное (UTC)время. Неравномерность вращения Земли, эфемеридное и динамическое (TDT) время.

 

 

Истинное солнечное время