§ 48. Sferă cerească. Puncte de bază, linii și cercuri pe sfera cerească

O sferă cerească este o sferă de orice rază cu un centru într-un punct arbitrar din spațiu. În funcție de formularea problemei, centrul acesteia este considerat ochiul observatorului, centrul instrumentului, centrul Pământului etc.

Să luăm în considerare punctele și cercurile principale ale sferei cerești, al căror centru este considerat ochiul observatorului (Fig. 72). Să trasăm o linie de plumb prin centrul sferei cerești. Punctele de intersecție ale plumbului cu sfera se numesc zenit Z și nadir n.

Orez. 72.

Se numește planul care trece prin centrul sferei cerești perpendicular pe plumb planul orizontului adevărat. Acest plan, intersectându-se cu sfera cerească, formează un cerc mare numit orizontul adevărat. Acesta din urmă împarte sfera cerească în două părți: deasupra orizontului și sub orizont.

O linie dreaptă care trece paralelă cu centrul sferei cerești axa pământului, numită axa lumii. Se numesc punctele de intersecție a axei lumii cu sfera cerească polii lumii. Unul dintre poli, corespunzător polilor Pământului, se numește polul ceresc nord și este desemnat Pn, celălalt este polul ceresc sud Ps.

Planul QQ care trece prin centrul sferei cerești perpendicular pe axa lumii se numește planul ecuatorului ceresc. Acest plan, care se intersectează cu sfera cerească, formează un cerc mare - ecuatorul ceresc, care împarte sfera cerească în părți nordice și sudice.

Cercul cel mare al sferei cerești care trece prin polii cerești, zenit și nadir, se numește meridianul observatorului PN nPsZ. Axa mundi împarte meridianul observatorului în părțile PN ZP la amiază și PN nPs la miezul nopții.

Meridianul observatorului se intersectează cu orizontul adevărat în două puncte: punctul nord N și punctul sud S. Linia dreaptă care leagă punctele nord și sud se numește linia de amiază.

Dacă priviți din centrul sferei spre punctul N, atunci în dreapta va fi un punct de est O st, iar în stânga - un punct de vest V. Cercuri mici ale sferei cerești aa", paralele cu planul orizontului adevărat, sunt numite almucantarate; mic bb" paralel cu planul ecuatorului ceresc, - paralele cereşti.

Se numesc cercurile sferei cerești Zon care trec prin punctele zenit și nadir verticale. Linia verticală care trece prin punctele de est și vest se numește prima verticală.

Cercurile sferei cerești a PNoP-urilor care trec prin polii lumii se numesc cercuri de declinație.

Meridianul observatorului este atât o verticală, cât și un cerc de declinație. Împarte sfera cerească în două părți - est și vest.

Polul ceresc situat deasupra orizontului (sub orizont) se numește pol ceresc ridicat (coborât). Numele polului ceresc ridicat este întotdeauna același cu numele latitudinii locului.

Axa lumii face un unghi cu planul orizontului adevărat egal cu latitudinea geografică a locului.

Poziția corpurilor de iluminat pe sfera cerească este determinată folosind sisteme de coordonate sferice. În astronomia nautică se folosesc sisteme de coordonate orizontale și ecuatoriale.

Sfera cerească este o sferă imaginară de rază arbitrară, folosită în astronomie pentru a descrie pozițiile relative ale corpurilor de lumină pe cer. Pentru simplitatea calculelor, se ia raza acestuia egal cu unu; Centrul sferei cerești, în funcție de problema rezolvată, este combinat cu pupila observatorului, cu centrul Pământului, Lunii, Soarelui sau chiar cu un punct arbitrar din spațiu.

Ideea sferei cerești a apărut în timpuri străvechi. S-a bazat pe impresia vizuală a existenței unei cupole de cristal a cerului, pe care stelele păreau să fie fixate. Sfera cerească din mintea popoarelor antice era cel mai important element al Universului. Odată cu dezvoltarea astronomiei, această vedere asupra sferei cerești a dispărut. Cu toate acestea, geometria sferei cerești, stabilită în vremuri străvechi, ca rezultat al dezvoltării și îmbunătățirii, a primit aspect modern, în care pentru comoditatea diferitelor calcule este folosit în astrometrie.

Să luăm în considerare sfera cerească așa cum apare observatorului la latitudinile mijlocii față de suprafața Pământului (Fig. 1).

Două linii drepte, a căror poziţie poate fi stabilită experimental cu ajutorul instrumentelor fizice şi astronomice, joacă un rol important în definirea conceptelor legate de sfera cerească. Primul dintre ele este un fir cu plumb; Aceasta este o linie dreaptă care coincide într-un punct dat cu direcția gravitației. Această linie, trasată prin centrul sferei cerești, o intersectează în două puncte diametral opuse: cel de sus se numește zenit, cel de jos se numește nadir. Planul care trece prin centrul sferei cerești perpendicular pe plumb se numește planul orizontului matematic (sau adevărat). Linia de intersecție a acestui plan cu sfera cerească se numește orizont.

A doua linie dreaptă este axa lumii - o linie dreaptă care trece prin centrul sferei cerești paralelă cu axa de rotație a Pământului; Există o rotație zilnică vizibilă a întregului cer în jurul axei lumii. Punctele de intersecție ale axei lumii cu sfera cerească se numesc polii nord și sud ai lumii. Cea mai vizibilă dintre stele din apropierea Polului Nord este Steaua Polară. Nu există stele strălucitoare în apropierea Polului Sud al lumii.

Planul care trece prin centrul sferei cerești perpendicular pe axa lumii se numește planul ecuatorului ceresc. Linia de intersecție a acestui plan cu sfera cerească se numește ecuator ceresc.

Să ne amintim că cercul care se obține atunci când sfera cerească este intersectată de un plan care trece prin centrul ei se numește cerc mare în matematică, iar dacă planul nu trece prin centru, atunci se obține un cerc mic. Orizontul și ecuatorul ceresc reprezintă cercuri mari ale sferei cerești și o împart în două emisfere egale. Orizontul împarte sfera cerească în emisfere vizibile și invizibile. Ecuatorul ceresc îl împarte în emisfera nordică și respectiv sudică.

În timpul rotației zilnice a cerului, luminarii se rotesc în jurul axei lumii, descriind cercuri mici pe sfera cerească, numite paralele zilnice; luminari, la 90° distanță de polii lumii, se deplasează de-a lungul cercului cel mare al sferei cerești - ecuatorul ceresc.

După ce am definit linia de plumb și axa lumii, nu este dificil să definim toate celelalte planuri și cercuri ale sferei cerești.

Planul care trece prin centrul sferei cerești, în care se află simultan atât plumbul, cât și axa lumii, se numește planul meridianului ceresc. Cercul cel mare de la intersecția acestui plan cu sfera cerească se numește meridianul ceresc. Cel al punctelor de intersecție a meridianului ceresc cu orizontul, care este mai aproape de Polul Nord al lumii, se numește punctul de nord; diametral opus - punctul de sud. Linia dreaptă care trece prin aceste puncte este linia amiază.

Punctele de pe orizont care se află la 90° față de punctele de nord și de sud se numesc puncte de est și vest. Aceste patru puncte sunt numite punctele principale ale orizontului.

Avioanele care trec printr-un plumb intersectează sfera cerească în cercuri mari și se numesc verticale. Meridianul ceresc este una dintre verticale. Verticala perpendiculară pe meridian și care trece prin punctele de est și vest se numește prima verticală.

Prin definiție, cele trei planuri principale - orizontul matematic, meridianul ceresc și prima verticală - sunt reciproc perpendiculare. Planul ecuatorului ceresc este perpendicular doar pe planul meridianului ceresc, formând un unghi diedru cu planul orizontului. La polii geografici ai Pământului, planul ecuatorului ceresc coincide cu planul orizontului, iar la ecuatorul Pământului devine perpendicular pe acesta. În primul caz, la polii geografici ai Pământului, axa lumii coincide cu un plumb și oricare dintre verticale poate fi luată drept meridian ceresc, în funcție de condiții. sarcina la indemana. În al doilea caz, la ecuator, axa lumii se află în planul orizontului și coincide cu linia de amiază; Polul Nord al lumii coincide cu punctul de nord, iar Polul Sud al lumii coincide cu punctul de sud (vezi figura).

Când se folosește sfera cerească, al cărei centru coincide cu centrul Pământului sau cu un alt punct din spațiu, apar și o serie de caracteristici, dar principiul introducerii conceptelor de bază - orizont, meridian ceresc, prima verticală, ecuator ceresc, etc. – rămâne la fel.

Planurile și cercurile principale ale sferei cerești sunt utilizate la introducerea orizontală, ecuatorială și ecliptică. coordonatele cerești, precum și atunci când descriem caracteristicile rotației zilnice aparente a corpurilor de iluminat.

Cercul cel mare format atunci când sfera cerească este intersectată de un plan care trece prin centrul său și paralel cu planul orbitei pământului se numește ecliptică. Mișcarea anuală vizibilă a Soarelui are loc de-a lungul eclipticii. Punctul de intersecție al eclipticii cu ecuatorul ceresc, de la care trece Soarele Emisfera sudică sfera cerească din nord, este numită punctul echinocțiului de primăvară. Punctul opus al sferei cerești se numește echinocțiul de toamnă. O linie dreaptă care trece prin centrul sferei cerești perpendiculară pe planul eclipticului intersectează sfera la doi poli ai eclipticii: Polul Nord în emisfera nordică și Polul Sud în emisfera sudică.

2.1.1. Planuri de bază, linii și puncte ale sferei cerești

O sferă cerească este o sferă imaginară de rază arbitrară cu un centru într-un punct de observare selectat, pe suprafața căreia sunt amplasate corpurile de iluminat deoarece sunt vizibile pe cer la un moment dat în timp dintr-un punct dat din spațiu. Pentru a imagina corect un fenomen astronomic, este necesar să se considere că raza sferei cerești este mult mai mare decât raza Pământului (R sf >> R Pământ), adică să presupunem că observatorul se află în centru. al sferei cerești, iar același punct al sferei cerești (aceeași aceeași stea) este vizibil din diferite locuri de pe suprafața pământului în direcții paralele.

Bolta cerească sau cerul este de obicei înțeles ca suprafața interioară a sferei cerești pe care sunt proiectate corpurile cerești (luminari). Pentru un observator de pe Pământ, Soarele, uneori Luna și chiar mai rar Venus sunt vizibile pe cer în timpul zilei. Într-o noapte fără nori sunt vizibile stelele, Luna, planetele, uneori cometele și alte corpuri. Există aproximativ 6000 de stele vizibile cu ochiul liber Pozițiile relative ale stelelor aproape nu se schimbă din cauza distanțelor mari până la ele. Corpurile cerești aparținând sistemului solar își schimbă poziția față de stele și între ele, ceea ce este determinat de deplasarea lor unghiulară și liniară vizibilă zilnică și anuală.

Bolta cerului se rotește ca un întreg, cu toate luminatoarele situate pe ea în jurul unei axe imaginare. Această rotație este zilnică. Dacă observați rotația zilnică a stelelor în emisfera nordică a Pământului și vă confruntați cu polul nord, atunci rotația cerului va avea loc în sens invers acelor de ceasornic.

Centrul O al sferei cerești este punctul de observație. Linia dreaptă ZOZ" care coincide cu direcția liniei de plumb la locul de observare se numește linie de plumb sau verticală. Linia de plumb se intersectează cu suprafața sferei cerești în două puncte: la zenitul Z, deasupra capului observatorului, iar în punctul diametral opus Z” – nadir. Cercul cel mare al sferei cerești (SWNE), al cărui plan este perpendicular pe plumb, se numește orizont matematic sau adevărat. Orizontul matematic este un plan tangent la suprafața Pământului în punctul de observație. Cercul mic al sferei cerești (aMa"), care trece prin luminarul M și al cărui plan este paralel cu planul orizontului matematic, se numește almucantarat al luminatorului. Semicercul mare al sferei cerești ZMZ" se numește cerc de înălțime, cerc vertical sau pur și simplu verticala luminii.

Diametrul PP" în jurul căruia se rotește sfera cerească se numește axa mundi. Axa mundi se intersectează cu suprafața sferei cerești în două puncte: la polul nord ceresc P, de la care sfera cerească se rotește în sensul acelor de ceasornic atunci când privește sfera. din exterior și la polul sudic al lumii R". Axa lumii este înclinată față de planul orizontului matematic la un unghi egal cu latitudinea geografică a punctului de observație φ. Cercul cel mare al sferei cerești QWQ"E, al cărui plan este perpendicular pe axa lumii, se numește ecuator ceresc. Cercul mic al sferei cerești (bМb"), al cărui plan este paralel cu planul ecuatorului ceresc, se numește paralela cerească sau zilnică a luminii M. Marele semicerc al sferei cerești RMR* se numește cerc orar sau cerc de declinare a luminii.

Ecuatorul ceresc se intersectează cu orizontul matematic în două puncte: în punctul de est E și în punctul de vest V. Cercurile de înălțime care trec prin punctele de est și vest se numesc primele verticale - est și vest.

Cercul cel mare al sferei cerești PZQSP"Z"Q"N, al cărui plan trece prin plumbul și axa lumii, se numește meridianul ceresc. Planul meridianului ceresc și planul orizontului matematic se intersectează de-a lungul unei linii drepte NOS, care se numește linia de amiază. Meridianul ceresc se intersectează cu orizontul matematic în punctul de nord N și în punctul de sud S. Meridianul ceresc se intersectează și cu ecuatorul ceresc în două puncte: în partea de sus. punctul ecuatorului Q, care este mai aproape de zenit, și în punctul inferior al ecuatorului Q", care este mai aproape de nadir.

2.1.2. Luminari, clasificarea lor, mișcări vizibile.
Stele, Soare și Lună, planete

Pentru a naviga pe cer, stele strălucitoare unite în constelații. Există 88 de constelații pe cer, dintre care 56 sunt vizibile pentru un observator situat la latitudinile mijlocii ale emisferei nordice a Pământului. Toate constelațiile au nume proprii, asociat cu nume de animale (Ursa Major, Leu, Dragon), nume de eroi mitologia greacă(Cassiopeia, Andromeda, Perseus) sau numele obiectelor ale căror contururi seamănă (Coroana de Nord, Triunghi, Balanță). Stelele individuale din constelații sunt desemnate prin litere ale alfabetului grecesc, iar cele mai strălucitoare dintre ele (aproximativ 200) au primit nume „proprie”. De exemplu, α Canis Major– „Sirius”, α Orion – „Betelgeuse”, β Perseus – „Algol”, α Ursa Mică – „Steaua Polară”, în apropierea căreia se află punctul polului nord al lumii. Căile Soarelui și Lunii pe fundalul stelelor aproape coincid și trec prin douăsprezece constelații, care sunt numite constelații zodiacale, deoarece cele mai multe dintre ele poartă numele animalelor (din greacă „zoon” - animal). Acestea includ constelațiile Berbec, Taur, Gemeni, Rac, Leu, Fecioară, Balanță, Scorpion, Săgetător, Capricorn, Vărsător și Pești.

Traiectoria lui Marte peste sfera cerească în 2003

Soarele și Luna răsare și apune și ele în timpul zilei, dar, spre deosebire de stele, în diferite puncte de la orizont de-a lungul anului. Din observații scurte, puteți vedea că Luna se mișcă pe fundalul stelelor, mișcându-se de la vest la est cu o viteză de aproximativ 13° pe zi, făcând un cerc complet pe cer în 27,32 zile. Soarele parcurge si el aceasta cale, dar pe tot parcursul anului, miscandu-se cu o viteza de 59" pe zi.

Chiar și în cele mai vechi timpuri, s-au observat 5 lumini, asemănătoare stelelor, dar „rătăcind” prin constelații. Au fost numite planete - „luminari rătăcitori”. Mai târziu, s-au descoperit încă 2 planete și număr mare cele mai mici corpuri cerești(planete pitice, asteroizi).

Planetele majoritatea timpul se deplasează de-a lungul constelațiilor zodiacale de la vest la est ( mișcare dreaptă), dar o parte din timp – de la est la vest (mișcare retrogradă).

Browserul dvs. nu acceptă eticheta video. Mișcarea stelelor în sfera cerească