Что называется склонением и прямым восхождением
Как сказал.
Информация в чистом виде ‒ это не знание. Настоящий источник знания ‒ это опыт.
Альберт Эйнштейн
Вопросы к экзамену
Для всех групп технического профиля
Список лекций по физике за 1,2 семестр
Я учу детей тому, как надо учиться
Часто сталкиваюсь с тем, что дети не верят в то, что могут учиться и научиться, считают, что учиться очень трудно.
Урок 02. Звезды и созвездия. Небесные координаты и звездные карты.
2.1.3. Небесные координаты и звездные карты
Чтобы отыскать на небе светило, надо указать, в какой стороне горизонта и как высоко над ним оно находится. С этой целью используется система горизонтальных координат – азимут и высота. Для наблюдателя, находящегося в любой точке Земли, нетрудно определить вертикальное и горизонтальное направления.
Первое из них определяется с помощью отвеса и изображается на чертеже (рис. 1.3) отвесной линией ZZ’, проходящей через центр сферы (точку О).
Точка Z, расположенная прямо над головой наблюдателя, называется зенитом.
Плоскость, которая проходит через центр сферы перпендикулярно отвесной линии, образует при пересечении со сферой окружность – истинный, или математический, горизонт.
Высота светила отсчитывается по окружности, проходящей через зенит и светило, и выражается длиной дуги этой окружности от горизонта до светила. Эту дугу и соответствующий ей угол принято обозначать буквой h.
Высота светила, которое находится в зените, равна 90°, на горизонте – 0°.
Положение светила относительно сторон горизонта указывает его вторая координата – азимут, обозначаемый буквой А. Азимут отсчитывается от точки юга в направлении движения часовой стрелки, так что азимут точки юга равен 0°, точки запада – 90° и т. д.
Горизонтальные координаты светил непрерывно меняются с течением времени и зависят от положения наблюдателя на Земле, потому что по отношению к мировому пространству плоскость горизонта в данном пункте Земли вращается вместе с ней.
Горизонтальные координаты светил измеряют для определения времени или географических координат различных пунктов на Земле. На практике, например в геодезии, высоту и азимут измеряют специальными угломерными оптическими приборами – теодолитами.
Чтобы создать звездную карту, изображающую созвездия на плоскости, надо знать координаты звезд. Для этого нужно выбрать такую систему координат, которая вращалась бы вместе со звездным небом. Для указания положения светил на небе используют систему координат, аналогичную той, которая используется в географии, — систему экваториальных координат.
Географическая широта — это угловое расстояние пункта от земного экватора. Географическая широта (φ) отсчитывается по меридианам от экватора к полюсам Земли.
Долгота — угол между плоскостью меридиана данного пункта и плоскостью начального меридиана. Географическая долгота (λ) отсчитывается вдоль экватора от начального (Гринвичского) меридиана.
Так, например, Москва имеет следующие координаты: 37°30′ восточной долготы и 55°45′ северной широты.
Введем систему экваториальных координат, которая указывает положение светил на небесной сфере относительно друг друга.
Склонение — угловое расстояние светил от небесного экватора. Склонение обозначают буквой δ. В северном полушарии склонения считают положительными, в южном — отрицательными.
Вторая координата, которая указывает положение светила на небе, аналогична географической долготе. Эта координата называется прямым восхождением. Прямое восхождение отсчитывается по небесному экватору от точки весеннего равноденствия γ, в которой Солнце ежегодно бывает 21 марта (в день весеннего равноденствия). Оно отсчитывается от точки весеннего равноденствия γ против часовой стрелки, т. е. навстречу суточному вращению неба. Поэтому светила восходят (и заходят) в порядке возрастания их прямого восхождения.
Прямое восхождение — угол между плоскостью полукруга, проведенного из полюса мира через светило (круга склонения), и плоскостью полукруга, проведенного из полюса мира через лежащую на экваторе точку весеннего равноденствия (начального круга склонений). Прямое восхождение обозначается буквой α
Склонение и прямое восхождение (δ, α) называют экваториальными координатами.
Склонение и прямое восхождение удобно выражать не в градусах, а в единицах времени. Учитывая, что Земля делает один оборот за 24 ч, получаем:
360° — 24 ч, 1 ° — 4 мин;
15° — 1 ч, 15′ —1 мин, 15″ — 1 с.
Следовательно, прямое восхождение, равное, например, 12 ч, составляет 180°, а 7 ч 40 мин соответствует 115°.
Если не нужна особая точность, то небесные координаты для звезд можно считать неизменными. При суточном вращении звездного неба вращается и точка весеннего равноденствия. Поэтому положения звезд относительно экватора и точки весеннего равноденствия не зависят ни от времени суток, ни от положения наблюдателя на Земле.
Экваториальная система координат изображена на подвижной карте звездного неба.
Принцип создания карты звездного неба весьма прост. Спроектируем сначала все звезды на глобус: там, где луч, направленный на звезду, пересечет поверхность глобуса, будет находиться изображение этой звезды. Обычно на звездном глобусе изображаются не только звезды, но и сетка экваториальных координат. По сути дела, звездным глобусом является модель небесной сферы, которая используется на уроках астрономии в школе. На этой модели нет изображений звезд, но зато представлены ось мира, небесный экватор и другие круги небесной сферы.
Пользоваться звездным глобусом не всегда удобно, поэтому в астрономии (как и в географии) широкое распространение получили карты и атласы.
Атлас звездного неба начинающего наблюдателя
Карту земной поверхности можно получить, если все точки глобуса Земли спроектировать на плоскость (поверхность цилиндра или конуса). Проведя ту же операцию со звездным глобусом, можно получить карту звездного неба.
Познакомимся с простейшей звездной картой, помещенной в Школьном астрономическом календаре.
Расположим плоскость, на которой мы хотим получить карту, так, чтобы она касалась поверхности глобуса в точке, где находится северный полюс мира. Теперь надо спроектировать все звезды и сетку координат с глобуса на эту плоскость. Получим карту, подобную географическим картам Арктики или Антарктики, на которых в центре располагается один из полюсов Земли. В центре нашей звездной карты будет располагаться северный полюс мира, рядом с ним Полярная звезда, чуть дальше остальные звезды Малой Медведицы, а также звезды Большой Медведицы и других созвездий, которые находятся неподалеку от полюса мира. Сетка экваториальных координат представлена на карте радиально расходящимися от центра лучами и концентрическими окружностями. На краю карты против каждого луча написаны числа, обозначающие прямое восхождение (от 0 до 23 ч). Луч, от которого начинается отсчет прямого восхождения, проходит через точку весеннего равноденствия, обозначенную γ. Склонение отсчитывается по этим лучам от окружности, которая изображает небесный экватор и имеет обозначение 0°. Остальные окружности также имеют оцифровку, которая показывает, какое склонение имеет объект, расположенный на этой окружности.
В зависимости от звездной величины звезды изображают на карте кружками различного диаметра. Те из них, которые образуют характерные фигуры созвездий, соединены сплошными линиями. Границы созвездий обозначены пунктиром.
Склонение (астрономия)
* Объект на небесном экваторе имеет склонение 0°
* Склонение северного полюса небесной сферы равно +90°
Склонение южного полюса равно −90°У склонения всегда указывается знак, даже если оно положительно.
Склонение небесного объекта, проходящего через зенит, равно широте наблюдателя (если считать северную широту со знаком +, а южную со знаком −).
В северном полушарии Земли для заданной широты φ небесные объекты со склонением δ > 90° − φ не заходят за горизонт, поэтому называются незаходящими. Если же склонение объекта δ 90° + φ (φ для южного полушария берётся со знаком минус).
Связанные понятия
Упоминания в литературе
Связанные понятия (продолжение)
В списке приведены самые яркие звёзды, наблюдаемые с Земли, в оптическом диапазоне по видимой звёздной величине. Для кратных звёзд приведена суммарная звёздная величина.
Спектрально-двойной — называют систему двойных звёзд, если двойственность обнаруживается при помощи спектральных наблюдений. Обычно это системы, у которых скорости компонентов достаточно велики, а расположены они настолько близко, что увидеть их раздельно с использованием современных телескопов невозможно. В результате орбитального движения звёзд вокруг центра масс одна из них приближается к нам, а другая от нас удаляется, их лучевые скорости (вдоль направления на наблюдателя) неодинаковы и, как.
Переменные звезды имеют специальные обозначения, если они ещё не были обозначены буквой греческого алфавита, в формате обозначения Байера, в сочетании с именем созвездия в родительном падеже, в котором эта звезда находится. (см. Список созвездий и их латинское название (родительный падеж)).
CheckTests
Создай свой урок с применением ПК
§ 2-3. Небесная сфера и координаты
Рисунок 10 — Суточные дуги светил в полярной области неба
2. Видимое суточное движение звёзд. При наблюдении звёздного неба на протяжении одного-двух часов мы убеждаемся в том, что оно вращается как единое целое таким образом, что с одной стороны звёзды поднимаются, а с другой — опускаются. Для нас, жителей Северного полушария, звёзды поднимаются с восточной части горизонта и смещаются вправо. Далее они достигают наивысшего положения в южной части неба и затем опускаются в западной части горизонта. В течение суток звёздное небо со всеми находящимися на нём светилами совершает один оборот. Таким образом, видимое суточное вращение звёздного неба происходит с востока на запад, если стоять лицом к югу, т. е. по часовой стрелке.
В северной части неба можно отыскать Полярную звезду. Кажется, что всё небо вращается вокруг неё (рис. 10). На самом же деле вокруг своей оси вращается Земля с запада на восток, а весь небосвод вращается в обратном направлении с востока на запад. Полярная звезда для данной местности остаётся почти неподвижной и на одной и той же высоте над горизонтом. Очевидно, что суточное движение звёзд (светил) — наблюдаемое кажущееся явление вращения небесного свода — отражает действительное вращение земного шара вокруг оси.
Фильм. Небесная сфера, координаты.
3. Основные точки, линии и плоскости небесной сферы. Нам кажется, что все звёзды расположены на некоторой сферической поверхности неба и одинаково удалены от наблюдателя. На самом деле они находятся от нас на различных расстояниях. Поэтому воображаемую поверхность небосвода стали называть небесной сферой.
Небесная сфера — это воображаемая сфера произвольного радиуса, центр которой в зависимости от решаемой задачи совмещается с той или иной точкой пространства. Центр небесной сферы может быть выбран в месте наблюдения (глаз наблюдателя), в центре Земли или Солнца и т. д. Понятием небесной сферы пользуются для угловых измерений, для изучения взаимного расположения и движения космических объектов на небе.
Рис. 11. Схема проецирования звезд в созвездии Большой Медведицы на небесной сфере
На поверхность небесной сферы проецируются видимые положения всех светил, а для удобства измерений на ней строят ряд точек и линий. Например, некоторые из звезд «ковша» Большой Медведицы находятся далеко одна от другой, но для земного наблюдателя они проецируются на один и тот же участок небесной сферы (рис. 11).
Ось мира — прямая, проходящая через центр небесной сферы параллельно оси вращения Земли, пересекающая небесную сферу в двух диаметрально противоположных точках.
Рисунок 12 — Небесная сфера: О — центр небесной сферы (местонахождение наблюдателя); PN — Северный полюс мира; РS — Южный полюс мира; PNPS — ось мира; Z — зенит; Z’ — надир; E — восток; W — запад; N — север; S — юг; Q — верхняя точка небесного экватора; Q’ — нижняя точка небесного экватора; ZZ’ — вертикальная линия; PNMPS — круг склонения; NS — полуденная линия; M — светило на небесной сфере
Рисунок 13 — Эклиптика
Круг склонения светила — большой круг небесной сферы, проходящий через полюсы мира и светило.
Суточная параллель — малый круг небесной сферы, плоскость которого перпендикулярна оси мира.
Видимый годовой путь Солнца среди звёзд называется эклиптикой. В плоскости эклиптики лежит путь Земли вокруг Солнца, т. е. её орбита. Она наклонена к небесному экватору под углом 23° 27′ и пересекает его в точках весеннего (ϒ, около 21 марта) и осеннего (Ω, около 23 сентября) равноденствия (рис. 13).
§ 3. Небесные координаты
1. Системы координат. Положение светил определяется по отношению к точкам и кругам небесной сферы (см. рис. 12). Для этого введены небесные координаты, подобные географическим координатам на поверхности Земли.
В астрономии применяется несколько систем координат. Отличаются они друг от друга тем, что строятся по отношению к разным кругам небесной сферы. Небесные координаты отсчитываются дугами больших кругов или центральными углами, охватывающими эти дуги.
Небесные координаты — центральные углы или дуги больших кругов небесной сферы, с помощью которых определяют положение светил по отношению к основным кругам и точкам небесной сферы.
Рисунок 14 — Горизонтальная система координат: h — высота светила й над горизонтом; z — зенитное расстояние; А — азимут
Высота светила — угловое расстояние светила М от истинного горизонта, измеренное вдоль вертикального круга (рис. 14). Высота определяется в градусах, минутах и секундах. Она отсчитывается в пределах от 0 до +90° к зениту, если светило находится в видимой части небесной сферы, и от 0 до -90° к надиру, если светило находится под горизонтом.
Для измерения азимутов за начало отсчёта принимается точка юга. Азимут светила — угловое расстояние, измеренное вдоль истинного горизонта, от точки юга до точки пересечения горизонта с вертикальным кругом, проходящим через светило М (см. рис. 14). Азимут отсчитывается к западу от точки юга в пределах от 0 до 360°.
Горизонтальная система координат используется при топографической съёмке, в навигации. Вследствие суточного вращения небесной сферы высота и азимут светила со временем изменяются. Следовательно горизонтальные координаты имеют определённое значение только для известного момента времени.
Угловое расстояние от зенита до светила, измеренное вдоль вертикального круга, называется зенитным расстоянием (z). Оно отсчитывается в пределах от 0 до +180° к надиру. Высота и зенитное расстояние связаны соотношением: z + h = 90°.
Рисунок 15 — Экваториальная система небесных координат: δ — склонение светила М; α — прямое восхождение; t — часовой угол
Прямое восхождение светила — угловое расстояние, измеренное вдоль небесного экватора, от точки весеннего равноденствия до точки пересечения небесного экватора с кругом склонения светила. Прямое восхождение отсчитывается в сторону, противоположную суточному вращению небесной сферы, в пределах от 0 до 360° в градусной мере или от 0 до 24 ч в часовой мере.
Для некоторых астрономических задач (связанных с измерением времени) вместо прямого восхождения (а) вводится часовой угол (t) (см. рис. 15). Часовой угол — это угловое расстояние, измеренное вдоль небесного экватора, от верхней точки небесного экватора до круга склонения светила. Отсчитывается часовой угол по направлению видимого суточного вращения небесной сферы, т. е. к западу, в пределах от 0 до 24 ч в часовой мере.
Координаты звёзд (α, δ) в экваториальной системе координат не связаны с суточным движением небесной сферы и изменяются очень медленно. Поэтому они применяются для составления звёздных карт и каталогов. Звёздные карты представляют собой проекции небесной сферы на плоскость с нанесёнными на неё объектами в определённой системе координат. Онлайн карта звёздного неба. Набор звёздных карт смежных участков неба, покрывающих всё небо или некоторую его часть, называется звёздным атласом. В специальных списках звёзд, называемых звёздными каталогами, указываются координаты их места на небесной сфере, звёздная величина и другие параметры. Например, каталог Hubble Guide Star Catalog (GSC) содержит почти 19 млн объектов.
Рисунок 16 — Высота полюса мира над горизонтом
2. Лунно-солнечная прецессия. Ось вращения Земли наклонена к плоскости орбиты под углом 66°33′. Под воздействием притяжения Луны и Солнца из-за неоднородности распределения плотности массы внутри Земли ось описывает конус. Так как направление оси Земли изменяется, то перпендикулярная ей плоскость экватора также будет смещаться, что приводит к перемещению точки весеннего равноденствия. Это явление называется лунно-солнечной прецессией. Точка весеннего равноденствия перемещается навстречу видимому годичному движению Солнца на 50,3″ в год или на 1° в 71,6 года, совершая полный оборот по эклиптике за 25 770 лет. Полюса мира также перемещаются среди звёзд. В настоящее время Северный полюс мира находится возле Полярной звезды, а через 10 тыс. лет он переместится к Веге ( a Лиры).
3. Высота полюса мира над горизонтом. Мы уже знаем, что Полярная звезда, находящаяся вблизи Северного полюса мира, остаётся почти на одной высоте над горизонтом на данной широте при суточном вращении звёздного неба. При перемещении наблюдателя с севера на юг, где географическая широта меньше, Полярная звезда опускается к горизонту, т. е. существует зависимость между высотой полюса мира и географической широтой места наблюдения.
На рисунке 16 земной шар и небесная сфера изображены в сечении плоскостью небесного меридиана места наблюдения. Наблюдатель из точки О видит полюс мира на высоте Ð NOP = hP. Направление оси мира ОР параллельно земной оси. Угол при центре Земли Ð OO’q соответствует географической широте места наблюдения ф. Так как радиус Земли в точке наблюдения перпендикулярен плоскости истинного горизонта, а ось мира перпендикулярна плоскости географического экватора, то Ð NOP и Ð OO’q равны между собой как углы с взаимно перпендикулярными сторонами. Таким образом, угловая высота полюса мира над горизонтом равна географической широте места наблюдения:
С другой стороны, из рисунка 16 следует, что Ð QOZ определяет собой величину склонения зенита dZ. Поэтому можно записать, что
Равенство (2) характеризует зависимость между географической широтой места наблюдения и соответствующими горизонтальной и экваториальной координатами светила.
Суточное вращение звёздного неба на средних широтах
Суточное вращение звёздного неба на земном экваторе
По мере перемещения наблюдателя к Северному полюсу Земли Северный полюс мира поднимается над горизонтом. На полюсе Земли полюс мира будет находиться в зените. Звёзды здесь движутся по кругам, параллельным горизонту, который совпадает с небесным экватором. Становится неопределённым небесный меридиан, теряют смысл точки севера, юга, востока и запада.
На экваторе Земли ось мира совпадает с полуденной линией, а полюсы мира — с точками севера и юга. Небесный экватор проходит через точки востока, запада, точки зенита и надира. Суточные пути всех звёзд перпендикулярны горизонту, и каждая из них половину суток находится над горизонтом.
Главные выводы
Контрольные вопросы и задания