§ 48. Небесна сфера. Основни точки, прави и окръжности на небесната сфера

Небесна сфера е сфера с произволен радиус с център в произволна точка в пространството. В зависимост от постановката на задачата за негов център се приема окото на наблюдателя, центърът на инструмента, центърът на Земята и т.н.

Нека разгледаме основните точки и кръгове на небесната сфера, чийто център се приема за окото на наблюдателя (фиг. 72). Нека начертаем отвес през центъра на небесната сфера. Пресечните точки на отвеса със сферата се наричат ​​зенит Z и надир n.

ориз. 72.

Равнината, минаваща през центъра на небесната сфера перпендикулярно на отвеса, се нарича равнината на истинския хоризонт.Тази равнина, пресичайки се с небесната сфера, образува голям кръг, наречен истински хоризонт. Последният разделя небесната сфера на две части: над хоризонта и под хоризонта.

Права линия, минаваща успоредно на центъра на небесната сфера земната ос, наречена оста на света. Точките на пресичане на оста на света с небесната сфера се наричат полюси на света.Единият от полюсите, съответстващ на полюсите на Земята, се нарича северен небесен полюс и се обозначава с Pn, а другият е южният небесен полюс Ps.

Равнината QQ, минаваща през центъра на небесната сфера перпендикулярно на оста на света, се нарича равнина на небесния екватор.Тази равнина, пресичаща се с небесната сфера, образува голям кръг - небесен екватор,който разделя небесната сфера на северна и южна част.

Големият кръг на небесната сфера, преминаващ през небесните полюси, зенит и надир, се нарича меридиан на наблюдателя PN nPsZ. Оста на света разделя меридиана на наблюдателя на обедните PN ZPs и полунощните PN nPs части.

Меридианът на наблюдателя се пресича с истинския хоризонт в две точки: северната точка N и южната точка S. Правата линия, свързваща точките на север и юг, се нарича обедна линия.

Ако погледнете от центъра на сферата към точка N, тогава отдясно ще има точка на изток O st, а отляво - точка на запад W. Малки кръгове на небесната сфера aa", успоредни на равнина на истинския хоризонт, се наричат алмукантарати;малък bb" успореден на равнината на небесния екватор, - небесни паралели.

Окръжностите на небесната сфера Zon, преминаващи през точките на зенита и надира, се наричат вертикали.Вертикалната линия, минаваща през точките на изток и запад, се нарича първи вертикал.

Кръговете на небесната сфера на PNoPs, преминаващи през полюсите на света, се наричат деклинационни кръгове.

Меридианът на наблюдателя е както вертикал, така и кръг на деклинация. Той разделя небесната сфера на две части – източна и западна.

Небесният полюс, разположен над хоризонта (под хоризонта), се нарича повдигнат (спуснат) небесен полюс. Името на издигнатия небесен полюс винаги е същото като името на географската ширина на мястото.

Оста на света сключва ъгъл с равнината на истинския хоризонт, равен на географската ширина на мястото.

Положението на светилата върху небесната сфера се определя с помощта на сферични координатни системи. В морската астрономия се използват хоризонтални и екваториални координатни системи.

Небесната сфера е въображаема сфера с произволен радиус, използвана в астрономията за описване на относителните позиции на светилата в небето. За простота на изчисленията се взема неговият радиус равно на едно; Центърът на небесната сфера, в зависимост от проблема, който се решава, се комбинира със зеницата на наблюдателя, с центъра на Земята, Луната, Слънцето или дори с произволна точка в пространството.

Идеята за небесната сфера възниква през древни времена. Тя се основаваше на визуалното впечатление за съществуването на кристален купол на небето, върху който сякаш бяха фиксирани звездите. Небесната сфера в съзнанието на древните хора е най-важният елемент от Вселената. С развитието на астрономията този възглед за небесната сфера изчезна. Въпреки това, геометрията на небесната сфера, заложена в древни времена, в резултат на развитие и усъвършенстване, получи модерен вид, в който за удобство на различни изчисления се използва в астрометрията.

Нека разгледаме небесната сфера такава, каквато изглежда за наблюдателя на средни ширини от повърхността на Земята (фиг. 1).

Две прави линии, чиято позиция може да бъде установена експериментално с помощта на физически и астрономически инструменти, играят важна роля в дефинирането на понятията, свързани с небесната сфера. Първият от тях е отвес; Това е права линия, която съвпада в дадена точка с посоката на гравитацията. Тази линия, прекарана през центъра на небесната сфера, я пресича в две диаметрално противоположни точки: горната се нарича зенит, долната се нарича надир. Равнината, минаваща през центъра на небесната сфера перпендикулярно на отвеса, се нарича равнина на математическия (или истинския) хоризонт. Линията на пресичане на тази равнина с небесната сфера се нарича хоризонт.

Втората права линия е оста на света - права линия, минаваща през центъра на небесната сфера, успоредна на оста на въртене на Земята; Има видимо дневно въртене на цялото небе около оста на света. Точките на пресичане на оста на света с небесната сфера се наричат ​​Северен и Южен полюс на света. Най-забележимата от звездите близо до Северния полюс е Полярната звезда. В близост до южния полюс на света няма ярки звезди.

Равнината, минаваща през центъра на небесната сфера перпендикулярно на оста на света, се нарича равнина на небесния екватор. Линията на пресичане на тази равнина с небесната сфера се нарича небесен екватор.

Нека припомним, че окръжността, която се получава при пресичане на небесната сфера от равнина, минаваща през центъра й, в математиката се нарича голяма окръжност, а ако равнината не минава през центъра, тогава се получава малка окръжност. Хоризонтът и небесният екватор представляват големи кръгове на небесната сфера и я разделят на две еднакви полукълба. Хоризонтът разделя небесната сфера на видимо и невидимо полукълбо. Небесният екватор го разделя съответно на Северното и Южното полукълбо.

По време на дневното въртене на небето светилата се въртят около оста на света, описвайки малки кръгове върху небесната сфера, наречени дневни паралели; светила, отдалечени на 90° от полюсите на света, се движат по големия кръг на небесната сфера - небесния екватор.

След като определихме отвеса и оста на света, не е трудно да определим всички други равнини и кръгове на небесната сфера.

Равнината, минаваща през центъра на небесната сфера, в която лежат едновременно отвесът и оста на света, се нарича равнина на небесния меридиан. Големият кръг от пресечната точка на тази равнина с небесната сфера се нарича небесен меридиан. Тази точка на пресичане на небесния меридиан с хоризонта, която е по-близо до Северния полюс на света, се нарича северна точка; диаметрално противоположно - точката на юг. Правата линия, минаваща през тези точки, е обедната линия.

Точките на хоризонта, които са на 90° от северната и южната точка, се наричат ​​източна и западна точка. Тези четири точки се наричат ​​главни точки на хоризонта.

Преминаващите през отвес равнини пресичат небесната сфера в големи кръгове и се наричат ​​вертикали. Небесният меридиан е един от вертикалите. Вертикалът, перпендикулярен на меридиана и минаващ през точките на изток и запад, се нарича първи вертикал.

По дефиниция трите основни равнини - математическият хоризонт, небесният меридиан и първият вертикал - са взаимно перпендикулярни. Равнината на небесния екватор е перпендикулярна само на равнината на небесния меридиан, образувайки двустенен ъгъл с равнината на хоризонта. При географските полюси на Земята равнината на небесния екватор съвпада с равнината на хоризонта, а при екватора на Земята тя става перпендикулярна на нея. В първия случай на географските полюси на Земята оста на света съвпада с отвес и всеки от вертикалите може да се приеме за небесен меридиан в зависимост от условията поставена задача. Във втория случай, на екватора, оста на света лежи в равнината на хоризонта и съвпада с обедната линия; Северният полюс на света съвпада с точката на север, а Южният полюс на света съвпада с точката на юг (виж фигурата).

При използването на небесната сфера, чийто център съвпада с центъра на Земята или друга точка в пространството, също възникват редица особености, но принципът на въвеждане на основни понятия - хоризонт, небесен меридиан, първи вертикал, небесен екватор, и т.н. - остава същото.

Основните равнини и кръгове на небесната сфера се използват при въвеждане на хоризонтала, екваториал и еклиптика небесни координати, както и при описание на характеристиките на видимото дневно въртене на осветителните тела.

Големият кръг, който се образува, когато небесната сфера се пресече от равнина, минаваща през нейния център и успоредна на равнината на земната орбита, се нарича еклиптика. Видимото годишно движение на Слънцето се извършва по еклиптиката. Пресечната точка на еклиптиката с небесния екватор, от която преминава Слънцето Южното полукълбонебесна сфера на север, се нарича точката на пролетното равноденствие. Противоположната точка на небесната сфера се нарича есенно равноденствие. Права линия, минаваща през центъра на небесната сфера перпендикулярно на равнината на еклиптиката, пресича сферата на два полюса на еклиптиката: Северния полюс в Северното полукълбо и Южния полюс в Южното полукълбо.

2.1.1. Основни равнини, прави и точки на небесната сфера

Небесната сфера е въображаема сфера с произволен радиус с център в избрана точка за наблюдение, на чиято повърхност са разположени светилата, така както са видими в небето в даден момент от дадена точка в пространството. За да си представим правилно астрономическо явление, е необходимо да се приеме, че радиусът на небесната сфера е много по-голям от радиуса на Земята (R sf >> R Земя), т.е. да се приеме, че наблюдателят е в центъра на небесна сфера и една и съща точка от небесната сфера (една и съща звезда) се вижда от различни места на земната повърхност в успоредни посоки.

Под небесен свод или небе обикновено се разбира вътрешната повърхност на небесната сфера, върху която се проектират небесни тела (светила). За наблюдател на Земята Слънцето, понякога Луната и още по-рядко Венера се виждат на небето през деня. В безоблачна нощ се виждат звезди, Луна, планети, понякога комети и други тела. Има около 6000 звезди, видими с просто око, поради големите разстояния до тях почти не се променят. Небесните тела, принадлежащи към Слънчевата система, променят позицията си спрямо звездите и едно спрямо друго, което се определя от тяхното забележимо ъглово и линейно дневно и годишно преместване.

Небесният свод се върти като едно цяло с всички светила, разположени върху него, около една въображаема ос. Тази ротация е ежедневна. Ако наблюдавате ежедневното въртене на звездите в северното полукълбо на Земята и се обърнете към северния полюс, тогава въртенето на небето ще се извърши обратно на часовниковата стрелка.

Центърът O на небесната сфера е точката на наблюдение. Правата линия ZOZ", съвпадаща с посоката на отвеса в мястото на наблюдение, се нарича отвес или вертикална линия. Отвесът се пресича с повърхността на небесната сфера в две точки: в зенита Z, над главата на наблюдателя, а в диаметрално противоположната точка Z” – надира. Големият кръг на небесната сфера (SWNE), чиято равнина е перпендикулярна на отвеса, се нарича математически или истински хоризонт. Математическият хоризонт е равнина, допирателна към повърхността на Земята в точката на наблюдение. Малкият кръг на небесната сфера (aMa"), преминаващ през светилото M и чиято равнина е успоредна на равнината на математическия хоризонт, се нарича алмукантарата на светилото. Големият полукръг на небесната сфера ZMZ" се нарича кръг на височината, вертикален кръг или просто вертикал на светилото.

Диаметърът PP", около който се върти небесната сфера, се нарича ос mundi. Оста mundi се пресича с повърхността на небесната сфера в две точки: на северния небесен полюс P, от който небесната сфера се върти по посока на часовниковата стрелка, когато се гледа сферата отвън и на южния полюс на света R". Световната ос е наклонена към равнината на математическия хоризонт под ъгъл, равен на географската ширина на точката на наблюдение φ. Големият кръг на небесната сфера QWQ"E, чиято равнина е перпендикулярна на оста на света, се нарича небесен екватор. Малкият кръг на небесната сфера (bМb"), чиято равнина е успоредна на равнина на небесния екватор, се нарича небесен или дневен паралел на светилото M. Големият полукръг на небесната сфера RMR* се нарича часов кръг или кръг на деклинация на светилото.

Небесният екватор се пресича с математическия хоризонт в две точки: на изток точка E и на запад точка W. Окръжностите на височините, минаващи през точките на изток и запад, се наричат ​​първи вертикали - изток и запад.

Големият кръг на небесната сфера PZQSP"Z"Q"N, чиято равнина минава през отвеса и оста на света, се нарича небесен меридиан. Равнината на небесния меридиан и равнината на математическия хоризонт се пресичат по правата линия NOS, която се нарича обедна линия. Небесният меридиан се пресича с математическия хоризонт в северната точка N и в южната точка S. Небесният меридиан също се пресича с небесния екватор в две точки: в горната. точка на екватора Q, която е по-близо до зенита, и в долната точка на екватора Q", която е по-близо до надира.

2.1.2. Светила, тяхната класификация, видими движения.
Звезди, Слънце и Луна, планети

За да навигирате в небето, ярки звездиобединени в съзвездия. В небето има 88 съзвездия, от които 56 са видими за наблюдател, разположен в средните ширини на северното полукълбо на Земята. Всички съзвездия имат собствени имена, свързани с имена на животни (Голяма мечка, Лъв, Дракон), имена на герои Гръцка митология(Касиопея, Андромеда, Персей) или имената на обекти, чиито очертания приличат (Северна корона, Триъгълник, Везни). Отделните звезди в съзвездията са обозначени с букви от гръцката азбука, а най-ярките от тях (около 200) са получили „правилни“ имена. Например, α Голямо куче– „Сириус”, α Орион – „Бетелгейзе”, β Персей – „Алгол”, α Малка мечка – „Полярна звезда”, близо до която се намира точката на северния полюс на света. Пътищата на Слънцето и Луната на фона на звездите почти съвпадат и минават през дванадесет съзвездия, които се наричат ​​зодиакални съзвездия, тъй като повечето от тях са кръстени на животни (от гръцки "zoon" - животно). Те включват съзвездията Овен, Телец, Близнаци, Рак, Лъв, Дева, Везни, Скорпион, Стрелец, Козирог, Водолей и Риби.

Траекторията на Марс през небесната сфера през 2003 г

Слънцето и Луната също изгряват и залязват през деня, но, за разлика от звездите, в различни точки на хоризонта през годината. От кратки наблюдения можете да видите, че Луната се движи на фона на звездите, движейки се от запад на изток със скорост около 13° на ден, като прави пълен кръг по небето за 27,32 дни. Слънцето също изминава този път, но през цялата година, движейки се със скорост от 59" на ден.

Още в древността са забелязани 5 светила, подобни на звезди, но „скитащи” из съзвездията. Те бяха наречени планети - „скитащи светила“. По-късно са открити още 2 планети и голям бройпо-малки небесни тела(планети джуджета, астероиди).

Планети повечето отвремето се движи по зодиакалните съзвездия от запад на изток ( право движение), но част от времето – от изток на запад (ретроградно движение).

Вашият браузър не поддържа видео маркера. Движението на звездите в небесната сфера