Tema 4. ESFERA CELESTIAL. SISTEMAS DE COORDENADAS ASTRONÓMICAS

4.1. ESFERA CELESTIAL

Esfera celestial - una esfera imaginaria de radio arbitrario sobre la que se proyectan los cuerpos celestes. Sirve para resolver diversas tareas astrométricas. El ojo del observador generalmente se toma como el centro de la esfera celeste. Para un observador en la superficie de la Tierra, la rotación de la esfera celeste reproduce el movimiento diario de las estrellas en el cielo.

El concepto de la esfera celestial se originó en la antigüedad; se basaba en la impresión visual de la existencia de un firmamento abovedado. Esta impresión se debe al hecho de que, como resultado de la gran lejanía de los cuerpos celestes, el ojo humano no es capaz de evaluar las diferencias en las distancias a ellos, y parecen estar igualmente distantes. Entre los pueblos antiguos, esto se asoció con la presencia de una esfera real que delimita el mundo entero y lleva numerosas estrellas en su superficie. Por tanto, en su opinión, la esfera celeste era el elemento más importante del universo. Con el desarrollo del conocimiento científico, esta visión de la esfera celeste ha desaparecido. Sin embargo, la geometría de la esfera celeste, establecida en la antigüedad, como resultado del desarrollo y la mejora, ha recibido una forma moderna, en la que se utiliza en astrometría.

El radio de la esfera celeste puede tomarse como cualquier cosa: para simplificar las relaciones geométricas, se supone que es igual a la unidad. Dependiendo del problema a resolver, el centro de la esfera celeste se puede colocar en el lugar:

donde está el observador (esfera celeste topocéntrica),

al centro de la Tierra (esfera celeste geocéntrica),

al centro de este o aquel planeta (esfera celeste planetocéntrica),

hacia el centro del Sol (esfera celeste heliocéntrica) o hacia cualquier otro punto del espacio.

Cada luminaria de la esfera celeste corresponde a un punto en el que está atravesada por una línea recta que conecta el centro de la esfera celeste con la luminaria (con su centro). Al estudiar la posición relativa y los movimientos aparentes de las luminarias en la esfera celeste, se elige uno u otro sistema de coordenadas), determinado por los puntos y líneas principales. Estos últimos suelen ser grandes círculos de la esfera celeste. Cada círculo grande de la esfera tiene dos polos, definidos en él por los extremos de un diámetro perpendicular al plano de este círculo.

Los nombres de los puntos y arcos más importantes de la esfera celeste.

Plomada (o línea vertical): una línea recta que pasa por los centros de la Tierra y la esfera celeste. La plomada se cruza con la superficie de la esfera celeste en dos puntos: cenit , por encima de la cabeza del observador, y nadire - punto diametralmente opuesto.

Horizonte matemático - un gran círculo de la esfera celeste, cuyo plano es perpendicular a la plomada. El plano del horizonte matemático pasa por el centro de la esfera celeste y divide su superficie en dos mitades: visible para el observador, con la parte superior en el cenit, y invisible, con la parte superior en el nadir. El horizonte matemático puede no coincidir con el horizonte visible debido a las irregularidades de la superficie terrestre y a las diferentes alturas de los puntos de observación, así como a la curvatura de los rayos de luz en la atmósfera.

Figura: 4.1. Esfera celestial

Eje del mundo - el eje de la rotación aparente de la esfera celeste, paralelo al eje de la Tierra.

El eje del mundo se cruza con la superficie de la esfera celeste en dos puntos: polo norte del mundo y polo sur del mundo .

Polo celestial - un punto de la esfera celeste alrededor del cual hay un movimiento diario visible de estrellas debido a la rotación de la Tierra alrededor de su eje. El polo norte del mundo está en la constelación. Osa Menor, al sur de la constelación Octante... Como resultado precesión los polos del mundo se mueven alrededor de 20 "por año.

La altura del polo del mundo es igual a la latitud del lugar del observador. El polo del mundo, ubicado en la parte superior del horizonte de la esfera, se llama elevado, mientras que el otro polo del mundo, ubicado en la parte subhorizonte de la esfera, se llama bajado.

Ecuador celestial - un gran círculo de la esfera celeste, cuyo plano es perpendicular al eje del mundo. El ecuador celeste divide la superficie de la esfera celeste en dos hemisferios: del Norte hemisferio , con una cumbre en el polo norte del mundo, y hemisferio sur , con una cumbre en el polo sur del mundo.

El ecuador celeste se cruza con el horizonte matemático en dos puntos: punto este y punto oeste ... El punto este es aquel en el que los puntos de la esfera celeste giratoria cruzan el horizonte matemático, pasando del hemisferio invisible al visible.

Meridiano celestial - un gran círculo de la esfera celeste, cuyo plano pasa a través de la plomada y el eje del mundo. El meridiano celeste divide la superficie de la esfera celeste en dos hemisferios: hemisferio este , con una cima en un punto al este, y hemisferio oeste , con ápice en el punto oeste.

Línea de mediodía - la línea de intersección del plano del meridiano celeste y el plano del horizonte matemático.

Meridiano celestial intersecta el horizonte matemático en dos puntos: apunta al norte y apunta al sur ... El punto norte es el más cercano al polo norte del mundo.

Eclíptica - la trayectoria del movimiento anual aparente del Sol en la esfera celeste. El plano de la eclíptica se cruza con el plano del ecuador celeste en un ángulo ε \u003d 23 ° 26 ".

La eclíptica se cruza con el ecuador celeste en dos puntos: primavera y otoño equinoccios ... En el equinoccio de primavera, el Sol se mueve desde el hemisferio sur de la esfera celeste hacia el norte, en el equinoccio de otoño, desde el hemisferio norte de la esfera celeste hacia el sur.

Los puntos de la eclíptica que están a 90 ° del equinoccio se llaman punto verano solsticio (en el hemisferio norte) y punto invierno solsticio (en el hemisferio sur).

Eje eclíptica - el diámetro de la esfera celeste perpendicular al plano de la eclíptica.

4.2. Las principales líneas y planos de la esfera celeste.

El eje de la eclíptica se cruza con la superficie de la esfera celeste en dos puntos: eclíptica del polo norte que se encuentra en el hemisferio norte, y el polo sur de la eclíptica, situada en el hemisferio sur.

Almucantarat (Círculo árabe de alturas iguales) luminarias: un pequeño círculo de la esfera celeste que pasa a través de una luminaria, cuyo plano es paralelo al plano del horizonte matemático.

Altura del círculo o vertical un circulo o vertical luminarias - un gran semicírculo de la esfera celeste que pasa por el cenit, luminaria y nadir.

Paralelo diurno luminarias: un pequeño círculo de la esfera celeste que pasa a través de una luminaria, cuyo plano es paralelo al plano del ecuador celeste. Los movimientos diurnos visibles de las luminarias siguen paralelos diurnos.

Un circulo declinaciones luminarias - un gran semicírculo de la esfera celeste que pasa por los polos del mundo y la luminaria.

Un circulo eclíptica latitud , o simplemente el círculo de latitud de la luminaria: un gran semicírculo de la esfera celeste que pasa por los polos de la eclíptica y la luminaria.

Un circulo galáctico latitud luminarias - un gran semicírculo de la esfera celeste que pasa a través de los polos galácticos y la luminaria.

2. SISTEMAS DE COORDENADAS ASTRONÓMICAS

El sistema de coordenadas celestes se utiliza en astronomía para describir la posición de las estrellas en el cielo o puntos en una esfera celeste imaginaria. Las coordenadas de las luminarias o puntos se establecen mediante dos valores angulares (o arcos) que determinan de forma única la posición de los objetos en la esfera celeste. Por lo tanto, el sistema de coordenadas celestes es un sistema de coordenadas esféricas en el que la tercera coordenada, la distancia, a menudo se desconoce y no juega ningún papel.

Los sistemas de coordenadas celestes se diferencian entre sí por la elección del plano principal. Dependiendo de la tarea en cuestión, puede ser más conveniente utilizar este o aquel sistema. Los más utilizados son los sistemas de coordenadas horizontales y ecuatoriales. Con menos frecuencia: eclíptica, galáctica y otras.

Sistema de coordenadas horizontales

El sistema de coordenadas horizontales (horizontal) es un sistema de coordenadas celestes en el que el plano principal es el plano del horizonte matemático y los polos son el cenit y el nadir. Se utiliza en la observación de estrellas y el movimiento de los cuerpos celestes del sistema solar en el suelo a simple vista, a través de binoculares o un telescopio. Las coordenadas horizontales de los planetas, el Sol y las estrellas cambian continuamente durante el día debido a la rotación diaria de la esfera celeste.

Lineas y planos

El sistema de coordenadas horizontales es siempre topocéntrico. El observador está siempre en un punto fijo de la superficie de la tierra (marcado con la letra O en la figura). Supondremos que el observador se encuentra en el hemisferio norte de la Tierra en la latitud φ. Con la ayuda de una plomada, la dirección al cenit (Z) se determina como el punto superior al que se dirige la plomada, y el nadir (Z ") como el inferior (debajo de la Tierra). Por lo tanto, la línea (ZZ") que conecta el cenit y el nadir se llama plomada.

4.3. Sistema de coordenadas horizontales

El plano perpendicular a la plomada en el punto O se denomina plano del horizonte matemático. En este plano, la dirección al sur (geográfica) y al norte se determina, por ejemplo, en la dirección de la sombra más corta del gnomon en un día. Será el más corto al mediodía verdadero, y la línea (NS) que conecta de sur a norte se llama línea del mediodía. Los puntos este (E) y oeste (W) se toman 90 grados desde el punto sur, respectivamente, en sentido antihorario y en sentido horario, visto desde el cenit. Por tanto, NESW es \u200b\u200bel plano del horizonte matemático

El avión que pasa por el mediodía y la plomada (ZNZ "S) se llama plano del meridiano celeste , y el plano que pasa por el cuerpo celeste - el plano vertical del cuerpo celeste dado ... El gran círculo en el que cruza la esfera celeste llamado la vertical de un cuerpo celeste .

En un sistema de coordenadas horizontales, una coordenada es altura de luminaria ho su distancia cenital z... Otra coordenada es el azimut UN.

Altura h luminaria Se llama arco de la vertical de la estrella desde el plano del horizonte matemático hasta la dirección de la estrella. Las alturas se miden de 0 ° a + 90 ° hasta el cenit y de 0 ° a -90 ° hasta el nadir.

La distancia zenit de la estrella llamado el arco de la vertical de la estrella desde el cenit hasta la estrella. Las distancias del cenit se cuentan en el rango de 0 ° a 180 ° desde el cenit hasta el nadir.

Azimut A de la estrella llamado arco del horizonte matemático desde el punto del sur hasta la vertical de la estrella. Los acimutes se miden en la dirección de la rotación diaria de la esfera celeste, es decir, al oeste del punto sur, en el rango de 0 ° a 360 °. A veces, los acimutes se miden de 0 ° a + 180 ° al oeste y de 0 ° a -180 ° al este (en geodesia, los acimutes se miden desde el punto norte).

Características de cambiar las coordenadas de los cuerpos celestes.

Por un día, una estrella describe un círculo perpendicular al eje del mundo (PP "), que en la latitud φ está inclinado hacia el horizonte matemático en un ángulo φ. Por lo tanto, se moverá paralelo al horizonte matemático solo cuando φ sea igual a 90 grados, es decir, en el Polo Norte. las visibles allí no se pondrán (incluido el Sol durante seis meses, ver la longitud del día) y su altura h será constante En otras latitudes, las estrellas disponibles para observación en una época determinada del año se dividen en:

entrante y ascendente (h pasa por 0 durante el día)

no llama (h siempre es mayor que 0)

no ascendente (h siempre es menor que 0)

La altura máxima h de la estrella se observará una vez al día durante uno de sus dos pases por el meridiano celeste - el clímax superior, y el mínimo - durante el segundo de ellos - el clímax inferior. La altura h de la estrella aumenta de la culminación inferior a la superior y disminuye de la superior a la inferior.

Primer sistema de coordenadas ecuatoriales

En este sistema, el plano principal es el plano del ecuador celeste. En este caso, una coordenada es la declinación δ (con menos frecuencia, la distancia polar p). Otra coordenada es el ángulo horario t.

La declinación δ de la luminaria se llama arco del círculo de declinación desde el ecuador celeste hasta la luminaria, o el ángulo entre el plano del ecuador celeste y la dirección de la luminaria. Las declinaciones se cuentan en el rango de 0 ° a + 90 ° al polo norte del mundo y de 0 ° a -90 ° al polo sur del mundo.

4.4. Sistema de coordenadas ecuatoriales

La distancia polar p de una estrella se llama arco del círculo de declinación desde el polo norte del mundo a la estrella, o el ángulo entre el eje del mundo y la dirección a la estrella. Las distancias polares se miden en el rango de 0 ° a 180 ° desde el polo norte del mundo hacia el sur.

El ángulo horario t de la estrella es el arco del ecuador celeste desde el punto superior del ecuador celeste (es decir, el punto de intersección del ecuador celeste con el meridiano celeste) hasta el círculo de declinación de la estrella, o el ángulo diedro entre los planos del meridiano celeste y el círculo de declinación de la estrella. Los ángulos horarios se cuentan para la rotación diurna de la esfera celeste, es decir, al oeste del punto superior del ecuador celeste, en el rango de 0 ° a 360 ° (en grados) o de 0h a 24h (en horas). A veces, los ángulos horarios se cuentan de 0 ° a + 180 ° (de 0h a + 12h) al oeste y de 0 ° a −180 ° (de 0h a −12h) al este.

Segundo sistema de coordenadas ecuatoriales

En este sistema, como en el primer ecuatorial, el plano principal es el plano del ecuador celeste, y una coordenada es la declinación δ (con menor frecuencia, la distancia polar p). La otra coordenada es la ascensión recta α. La ascensión recta (RA, α) de una estrella es el arco del ecuador celeste desde el equinoccio vernal hasta el círculo de declinación de la estrella, o el ángulo entre la dirección al punto del equinoccio vernal y el plano del círculo de declinación de la estrella. Las ascensiones rectas se cuentan en sentido opuesto a la rotación diaria de la esfera celeste, en el rango de 0 ° a 360 ° (en grados) o de 0h a 24h (en horas).

RA es el equivalente astronómico de la longitud terrestre. Tanto el RA como la longitud miden el ángulo este-oeste a lo largo del ecuador; ambas medidas se miden desde el punto cero en el ecuador. Para la longitud, el punto cero es el primer meridiano; para RA, el punto cero es el lugar en el cielo donde el Sol cruza el ecuador celeste en el equinoccio vernal.

La declinación (δ) en astronomía es una de las dos coordenadas del sistema de coordenadas ecuatoriales. Es igual a la distancia angular en la esfera celeste desde el plano del ecuador celeste hasta la luminaria y generalmente se expresa en grados, minutos y segundos de arco. La declinación es positiva al norte del ecuador celeste y negativa al sur. Siempre se indica el signo de la declinación, incluso si la declinación es positiva.

La declinación de un objeto celeste que pasa por el cenit es igual a la latitud del observador (si asumimos la latitud norte con un signo + y la latitud sur negativa). En el hemisferio norte de la Tierra para una latitud determinada φ, los objetos celestes con declinación

δ\u003e + 90 ° - φ no van más allá del horizonte, por lo que se denominan no puestas. Si la declinación del objeto δ

Sistema de coordenadas de la eclíptica

En este sistema, el plano principal es el plano de la eclíptica. En este caso, una coordenada es la latitud eclíptica β y la otra es la longitud eclíptica λ.

4.5. Relación entre la eclíptica y el segundo sistema de coordenadas ecuatoriales

La latitud eclíptica β de la luminaria se llama arco de un círculo de latitud desde la eclíptica a la luminaria, o el ángulo entre el plano de la eclíptica y la dirección a la luminaria. Las latitudes de la eclíptica se miden en el rango de 0 ° a + 90 ° hasta el polo norte de la eclíptica y de 0 ° a -90 ° hasta el polo sur de la eclíptica.

La longitud eclíptica λ de la estrella es el arco de la eclíptica desde el equinoccio vernal hasta el círculo de latitud de la estrella, o el ángulo entre la dirección al punto del equinoccio vernal y el plano del círculo de latitud de la estrella. Las longitudes de la eclíptica se miden en la dirección del movimiento anual aparente del Sol a lo largo de la eclíptica, es decir, al este del equinoccio vernal en el rango de 0 ° a 360 °.

Sistema de coordenadas galácticas

En este sistema, el plano principal es el plano de nuestra Galaxia. En este caso, una coordenada es la latitud galáctica by la otra es la longitud galáctica l.

4.6. Sistemas de coordenadas galáctico y segundo ecuatorial.

La latitud galáctica b de la estrella es el arco del círculo de latitud galáctica desde la eclíptica a la estrella, o el ángulo entre el plano del ecuador galáctico y la dirección a la estrella.

Las latitudes galácticas se miden en el rango de 0 ° a + 90 ° hacia el polo norte galáctico y de 0 ° a -90 ° hacia el polo sur galáctico.

La longitud galáctica l de la estrella es el arco del ecuador galáctico desde el punto de origen C hasta el círculo de latitud galáctica de la estrella, o el ángulo entre la dirección al punto de origen C y el plano del círculo de latitud galáctica de la estrella. Las longitudes galácticas se cuentan en sentido antihorario cuando se ven desde el Polo Norte Galáctico, es decir, al este del origen, C, de 0 ° a 360 °.

El punto de referencia C se encuentra cerca de la dirección al centro galáctico, pero no coincide con él, ya que este último, debido a la ligera elevación del sistema solar sobre el plano del disco galáctico, se encuentra aproximadamente 1 ° al sur del ecuador galáctico. El punto de origen C se elige de modo que el punto de intersección de los ecuadores galáctico y celeste con la ascensión recta 280 ° tenga una longitud galáctica de 32,93192 ° (para la época 2000).

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ESFERA CELESTIAL
Cuando observamos el cielo, todos los objetos astronómicos parecen estar ubicados en una superficie abovedada con el observador en el centro. Esta cúpula imaginaria forma la mitad superior de una esfera imaginaria llamada "esfera celeste". Desempeña un papel fundamental en la indicación de la posición de los objetos astronómicos.

Aunque la Luna, los planetas, el Sol y las estrellas se encuentran a diferentes distancias de nosotros, incluso los más cercanos están tan lejos que no podemos estimar su distancia a simple vista. La dirección de la estrella no cambia a medida que nos movemos por la superficie de la Tierra. (Es cierto que cambia ligeramente a medida que la Tierra se mueve a lo largo de su órbita, pero este desplazamiento de paralaje solo se puede notar con los instrumentos más precisos). Nos parece que la esfera celeste gira, ya que las estrellas ascienden por el este y se ponen por el oeste. La razón de esto es la rotación de la Tierra de oeste a este. La aparente rotación de la esfera celeste ocurre alrededor de un eje imaginario que continúa el eje de rotación de la Tierra. Este eje cruza la esfera celeste en dos puntos llamados los "polos del mundo" norte y sur. El Polo Norte del mundo se encuentra a un grado de la Estrella del Norte y no hay estrellas brillantes cerca del Polo Sur.

El eje de rotación de la Tierra está inclinado unos 23,5 ° con respecto a la perpendicular trazada al plano de la órbita de la Tierra (al plano de la eclíptica). La intersección de este plano con la esfera celeste da un círculo: la eclíptica, el camino visible del Sol durante un año. La orientación del eje de la Tierra en el espacio permanece casi sin cambios. Por lo tanto, todos los años en junio, cuando el extremo norte del eje se inclina hacia el Sol, se eleva alto en el cielo en el hemisferio norte, donde los días se vuelven largos y las noches cortas. Habiéndose movido al lado opuesto de la órbita en diciembre, la Tierra resulta ser girada hacia el Sol por el hemisferio sur, y en nuestro norte los días se acortan y las noches se alargan.
ver también ESTACIONES . Sin embargo, bajo la influencia de la atracción solar y lunar, la orientación del eje terrestre sigue cambiando gradualmente. El movimiento principal del eje causado por la influencia del Sol y la Luna en la hinchazón ecuatorial de la Tierra se llama precesión. Como resultado de la precesión, el eje de la tierra gira lentamente alrededor de la perpendicular al plano orbital, describiendo un cono con un radio de 23,5 ° en 26 mil años. Por esta razón, en unos siglos el polo ya no estará cerca de la Estrella Polar. Además, el eje de la Tierra realiza pequeñas oscilaciones, denominadas nutación, y asociadas a la elipticidad de las órbitas de la Tierra y la Luna, así como al hecho de que el plano de la órbita lunar está ligeramente inclinado al plano de la órbita terrestre. Como ya sabemos, la apariencia de la esfera celeste cambia durante la noche debido a la rotación de la Tierra alrededor de su eje. Pero incluso si observa el cielo a la misma hora durante todo el año, su apariencia cambiará debido a la revolución de la Tierra alrededor del Sol. Para una órbita completa alrededor de 360 \u200b\u200b° de la Tierra, aprox. 3651/4 días: alrededor de un grado por día. Por cierto, un día, o más bien un día solar, es el tiempo durante el cual la Tierra gira una vez alrededor de su eje en relación al Sol. Consiste en el tiempo durante el cual la Tierra realiza una revolución en relación con las estrellas ("días siderales"), más un breve tiempo --unos cuatro minutos-- requerido para la rotación, que compensa el movimiento orbital de la Tierra en un grado por día. Así, en un año aprox. 3651/4 días soleados y aprox. 3661/4 estrella.
Cuando se ve desde un punto específico
Las estrellas que aterrizan cerca de los polos están siempre sobre el horizonte o nunca se elevan por encima de él. Todas las demás estrellas se elevan y se ponen, y cada día el ascenso y la caída de cada estrella se produce 4 minutos antes que el día anterior. Algunas estrellas y constelaciones se elevan en el cielo durante la noche durante el invierno, las llamamos "invierno" y otras, "verano". Así, la apariencia de la esfera celeste está determinada por tres tiempos: la hora del día asociada con la rotación de la Tierra; la época del año asociada con la órbita del sol; la época asociada con la precesión (aunque este último efecto apenas se nota "a simple vista" incluso en 100 años).
Sistemas coordinados. Hay varias formas de indicar la posición de los objetos en la esfera celeste. Cada uno de ellos es adecuado para cierto tipo de tareas.
Sistema alt-azimut. Para indicar la posición de un objeto en el cielo en relación con los objetos terrestres que rodean al observador, se utiliza un sistema de coordenadas "alt-azimut" u "horizontal". Indica la distancia angular del objeto sobre el horizonte, denominada "altura", así como su "azimut", la distancia angular a lo largo del horizonte desde un punto condicional a un punto que se encuentra directamente debajo del objeto. En astronomía, el acimut se mide de un punto de sur a oeste, y en geodesia y navegación, de un punto de norte a este. Por lo tanto, antes de usar el acimut, debe averiguar en qué sistema está indicado. El punto del cielo, ubicado directamente sobre la cabeza, tiene una altura de 90 ° y se llama "cenit", y el punto diametralmente opuesto a él (debajo de los pies) es "nadir". Para muchas tareas, es importante un gran círculo de la esfera celeste, llamado "meridiano celeste"; pasa por el cenit, el nadir y los polos del mundo, y cruza el horizonte en los puntos norte y sur.
Sistema ecuatorial. Debido a la rotación de la Tierra, las estrellas se mueven constantemente en relación con el horizonte y los puntos cardinales, y sus coordenadas en el sistema horizontal cambian. Pero para algunas tareas de astronomía, el sistema de coordenadas debe ser independiente de la posición del observador y la hora del día. Este sistema se llama "ecuatorial"; sus coordenadas se asemejan a latitudes y longitudes geográficas. En él, el plano del ecuador terrestre, extendido hasta la intersección con la esfera celeste, establece el círculo básico: el "ecuador celeste". La "declinación" de una estrella se asemeja a la latitud y se mide por su distancia angular al norte o al sur del ecuador celeste. Si la estrella es visible exactamente en el cenit, entonces la latitud del sitio de observación es igual a la declinación de la estrella. La longitud geográfica corresponde a la "ascensión recta" de la estrella. Se mide al este de la intersección de la eclíptica con el ecuador celeste, por el que pasa el Sol en marzo, el día del comienzo de la primavera en el hemisferio norte y el otoño en el sur. Este punto, importante para la astronomía, se denomina "primer punto de Aries" o "equinoccio de primavera", y se denota con el signo
Otros sistemas. Para algunos propósitos, también se utilizan otros sistemas de coordenadas en la esfera celeste. Por ejemplo, al estudiar el movimiento de los cuerpos en el sistema solar, se utiliza un sistema de coordenadas, cuyo plano principal es el plano de la órbita terrestre. La estructura de la Galaxia se estudia en un sistema de coordenadas, cuyo plano principal es el plano ecuatorial de la Galaxia, representado en el cielo por un círculo que pasa por la Vía Láctea.
Comparación de sistemas de coordenadas. Los detalles más importantes de los sistemas horizontal y ecuatorial se muestran en las figuras. La tabla asigna estos sistemas a un sistema de coordenadas geográficas.
Transición de un sistema a otro. A menudo es necesario calcular sus coordenadas ecuatoriales a partir de las coordenadas alt-azimut de una estrella, y viceversa. Para ello, es necesario conocer el momento de observación y la posición del observador en la Tierra. Matemáticamente, el problema se resuelve utilizando un triángulo esférico con vértices en el cenit, el polo norte del mundo y la estrella X; se llama "triángulo astronómico". El ángulo con el vértice en el polo norte del mundo entre el meridiano del observador y la dirección a cualquier punto de la esfera celeste se denomina "ángulo horario" de este punto; se mide al oeste del meridiano. El ángulo horario del equinoccio vernal, expresado en horas, minutos y segundos, se denomina "tiempo sidéreo" (Si. T. - tiempo sidéreo) en el punto de observación. Y dado que la ascensión recta de una estrella es también el ángulo polar entre la dirección hacia ella y el equinoccio vernal, el tiempo sidéreo es igual a la ascensión recta de todos los puntos que se encuentran en el meridiano del observador. Por lo tanto, el ángulo horario de cualquier punto de la esfera celeste es igual a la diferencia entre el tiempo sidéreo y su ascensión recta:

Sea la latitud del observador j. Si se dan las coordenadas ecuatoriales de la estrella ayd, entonces sus coordenadas horizontales ay se pueden calcular usando las siguientes fórmulas: También puede resolver el problema inverso: a partir de los valores medidos ayh, conociendo el tiempo, calcular ay d. La declinación d se calcula directamente a partir de la última fórmula, luego H se calcula a partir de la penúltima y a se calcula a partir de la primera, si se conoce el tiempo sidéreo.
Representación de la esfera celeste. Durante siglos, los científicos han buscado las mejores formas de representar la esfera celeste para su estudio o demostración. Se han propuesto dos tipos de modelos: bidimensionales y tridimensionales. La esfera celeste se puede representar en un plano de la misma manera que se representa una tierra esférica en los mapas. En ambos casos, es necesario seleccionar un sistema de proyección geométrica. El primer intento de representar áreas de la esfera celeste en un plano fueron grabados rupestres de configuraciones estelares en las cuevas de los pueblos antiguos. Hoy en día, hay varios mapas de estrellas publicados como atlas de estrellas dibujados a mano o fotográficos que cubren todo el cielo. Los antiguos astrónomos chinos y griegos imaginaron la esfera celeste en un patrón conocido como "esfera armilar". Consiste en círculos o anillos de metal conectados entre sí para representar los círculos más importantes de la esfera celeste. Hoy en día, se utilizan a menudo globos estelares, en los que se marcan las posiciones de las estrellas y los círculos principales de la esfera celeste. Las esferas armilares y los globos tienen un inconveniente común: la posición de las estrellas y las marcas de los círculos están trazadas en su lado exterior convexo, que consideramos desde fuera, mientras miramos el cielo "desde dentro", y las estrellas parecen estar colocadas en el lado cóncavo de la esfera celeste. Esto a veces conduce a la confusión entre las direcciones de movimiento de las estrellas y las figuras de las constelaciones. La representación más realista de la esfera celeste la da el planetario. La proyección óptica de las estrellas sobre una pantalla hemisférica desde el interior permite reproducir con mucha precisión la vista del cielo y todo tipo de movimientos de las estrellas sobre él.
ver también
ASTRONOMÍA Y ASTROFÍSICA;
PLANETARIO;
ESTRELLAS .

Enciclopedia de Collier. - Sociedad abierta. 2000 .

- una esfera auxiliar imaginaria de radio arbitrario, sobre la que se proyectan los cuerpos celestes. Se utiliza en astronomía para estudiar la posición relativa y el movimiento de los objetos espaciales a partir de la determinación de sus coordenadas en la esfera celeste ... ... es una esfera auxiliar imaginaria de radio arbitrario sobre la que se proyectan los cuerpos celestes. Se utiliza en astronomía para estudiar la posición relativa y el movimiento de los objetos espaciales en función de la determinación de sus coordenadas en la esfera celeste. ... ... diccionario enciclopédico

Una esfera auxiliar imaginaria de radio arbitrario sobre la que se proyectan los cuerpos celestes; sirve para resolver diversas tareas astrométricas. Representación de N. página. se originó en la antigüedad; se basó en visual ... ... Gran enciclopedia soviética

Una esfera imaginaria de un radio arbitrario, en la que se representa un enjambre de cuerpos celestes como son visibles desde un punto de observación en la superficie de la tierra (N. S. topocéntrico) o como serían visibles desde el centro de la Tierra (N. S. geocéntrico) o el centro del Sol. ... ... Gran Diccionario Politécnico Enciclopédico

esfera celestial - dangaus sfera statusas T sritis fizika atitikmenys: angl. esfera celeste vok. Himmelskugel, f; Himmelssphäre, f rus. esfera celeste, f; firmamento, m pranc. sphère céleste, f ... Fizikos terminų žodynas

La esfera celeste es una esfera imaginaria de radio arbitrario que se utiliza en astronomía para describir las posiciones relativas de las estrellas en el cielo. Para simplificar los cálculos, su radio se toma igual a uno; el centro de la esfera celeste, según el problema que se resuelva, se combina con la pupila del observador, con el centro de la Tierra, la Luna, el Sol o, en general, con un punto arbitrario en el espacio.

El concepto de esfera celeste se originó en la antigüedad. Se basó en la impresión visual de la existencia de una cúpula de cristal del cielo, sobre la que supuestamente están fijadas las estrellas. La esfera celeste en la mente de los pueblos antiguos era el elemento más importante del universo. Con el desarrollo de la astronomía, esta visión de la esfera celeste desapareció. Sin embargo, la geometría de la esfera celeste, establecida en la antigüedad, como resultado del desarrollo y la mejora, ha recibido una forma moderna en la que, para la conveniencia de varios cálculos, se utiliza en astrometría.

Consideremos la esfera celeste como le aparece al Observador en latitudes medias desde la superficie de la Tierra (Fig. 1).

Dos líneas rectas, cuya posición se puede establecer experimentalmente con la ayuda de instrumentos físicos y astronómicos, juegan un papel importante en la definición de los conceptos asociados con la esfera celeste.

La primera es una plomada; es una línea recta que coincide en un punto dado con la dirección de la gravedad. Esta línea, trazada a través del centro de la esfera celeste, la cruza en dos puntos diametralmente opuestos: el superior se llama cenit, el inferior, el nadir. El plano que pasa por el centro de la esfera celeste perpendicular a la plomada se llama plano del horizonte matemático (o verdadero). La línea de intersección de este plano con la esfera celeste se llama horizonte.

La segunda línea es el eje del mundo: una línea que pasa por el centro de la esfera celeste paralela al eje de rotación de la Tierra; alrededor del eje del mundo hay una rotación diaria visible de todo el firmamento.

Los puntos de intersección del eje del mundo con la esfera celeste se denominan polos norte y sur del mundo. La más conspicua de las estrellas cercanas al Polo Norte del mundo es la Estrella Polar. No hay estrellas brillantes cerca del Polo Sur del mundo.

El plano que pasa por el centro de la esfera celeste perpendicular al eje del mundo se llama plano del ecuador celeste. La línea de intersección de este plano con la esfera celeste se llama ecuador celeste.

Recuerde que el círculo que se obtiene cuando la esfera celeste se cruza con un plano que pasa por su centro se llama en matemáticas un círculo grande, y si el plano no pasa por el centro, entonces se obtiene un círculo pequeño. El horizonte y el ecuador celeste son grandes círculos de la esfera celeste y la dividen en dos hemisferios iguales. El horizonte divide la esfera celeste en hemisferios visibles e invisibles. El ecuador celeste lo divide en los hemisferios norte y sur, respectivamente.

Con la rotación diurna del firmamento, las luminarias giran alrededor del eje del mundo, describiendo pequeños círculos en la esfera celeste, llamados paralelos diurnos; Las luminarias, alejadas de los polos del mundo en 90 °, se mueven a lo largo de un gran círculo de la esfera celeste: el ecuador celeste.

Habiendo determinado la plomada y el eje del mundo, es fácil definir todos los demás planos y círculos de la esfera celeste.

El plano que pasa por el centro de la esfera celeste, en el que se encuentran tanto la plomada como el eje del mundo, se denomina plano del meridiano celeste. El gran círculo de la intersección de este plano con la esfera celeste se llama meridiano celeste. El de los puntos de intersección del meridiano celeste con el horizonte, que está más cerca del Polo Norte del mundo, se denomina punto del norte; diametralmente opuesto - punto sur. La línea recta que pasa por estos puntos es la línea del mediodía.

Los puntos del horizonte que están a 90 ° desde el norte y el sur se denominan puntos este y oeste. Estos cuatro puntos se denominan puntos principales del horizonte.

Los planos que pasan por la plomada atraviesan la esfera celeste en círculos grandes y se denominan verticales. El meridiano celeste es una de las verticales. La vertical que es perpendicular al meridiano y que pasa por los puntos del este y oeste se llama la primera vertical.

Por definición, los tres planos principales, el horizonte matemático, el meridiano celeste y la primera vertical, son mutuamente perpendiculares. El plano del ecuador celeste es perpendicular solo al plano del meridiano celeste, formando un ángulo diedro con el plano del horizonte. En los polos geográficos de la Tierra, el plano del ecuador celeste coincide con el plano del horizonte, y en el ecuador de la Tierra se vuelve perpendicular a él. En el primer caso, en los polos geográficos de la Tierra, el eje del mundo coincide con la plomada y cualquiera de las verticales puede tomarse como meridiano celeste, dependiendo de las condiciones de la tarea en cuestión. En el segundo caso, en el ecuador, el eje del mundo se encuentra en el plano del horizonte y coincide con la línea del mediodía; En este caso, el polo norte del mundo coincide con el punto del norte y el polo sur del mundo, con el punto del sur (ver Fig.).

Al utilizar la esfera celeste, cuyo centro está alineado con el centro de la Tierra o cualquier otro punto en el espacio, también surgen una serie de peculiaridades, sin embargo, el principio de introducir los conceptos básicos - horizonte, meridiano celeste, primera vertical, ecuador celeste, etc. - permanece igual.

Los planos y círculos principales de la esfera celeste se utilizan al introducir coordenadas celestes horizontales, ecuatoriales y eclípticas, así como al describir las características de la aparente rotación diaria de las estrellas.

El círculo grande que se forma cuando la esfera celeste se cruza con un plano que pasa por su centro y es paralelo al plano de la órbita de la Tierra se llama eclíptica. El aparente movimiento anual del Sol tiene lugar a lo largo de la eclíptica. El punto de intersección de la eclíptica con el ecuador celeste, en el que el sol pasa del hemisferio sur de la esfera celeste al norte, se llama equinoccio vernal. El punto opuesto de la esfera celeste se llama equinoccio de otoño. Una línea recta que pasa por el centro de la esfera celeste perpendicular al plano de la eclíptica interseca la esfera en dos polos de la eclíptica: el Polo Norte en el Hemisferio Norte y el Polo Sur en el Hemisferio Sur.

§ 48. Esfera celestial. Puntos, líneas y círculos principales en la esfera celeste

La esfera celeste es una esfera de cualquier radio centrada en un punto arbitrario del espacio. Para su centro, dependiendo de la formulación del problema, tome el ojo del observador, el centro del instrumento, el centro de la Tierra, etc.

Considere los puntos y círculos principales de la esfera celeste, para cuyo centro se toma el ojo del observador (Fig. 72). Dibuja una plomada a través del centro de la esfera celeste. Los puntos de intersección de la plomada con la esfera se denominan cenit Z y nadir n.

Figura: 72.

El plano que pasa por el centro de la esfera celeste perpendicular a la plomada se llama plano del horizonte verdadero. Este plano, que se cruza con la esfera celeste, forma un gran círculo, llamado horizonte verdadero. Este último divide la esfera celeste en dos partes: suprahorizontal y subhorizontal.

La línea recta que pasa por el centro de la esfera celeste paralela al eje de la tierra se llama eje y del mundo. Los puntos de intersección del eje del mundo con la esfera celeste se denominan polos del mundo. Uno de los polos, correspondiente a los polos de la Tierra, se llama polo norte del mundo y se denota por Pn, el otro, el polo sur del mundo Ps.

El plano QQ "que pasa por el centro de la esfera celeste perpendicular al eje del mundo se llama plano del ecuador celeste. Este plano, que se cruza con la esfera celeste, forma la circunferencia de un gran círculo: ecuador celestial, que divide la esfera celeste en partes norte y sur.

El gran círculo de la esfera celeste que pasa por los polos del mundo, cenit y nadir, se llama meridiano del observador PN nPsZ. El eje del mundo divide el meridiano del observador en los PN ZP del mediodía y los PN nP de la medianoche.

El meridiano del observador se cruza con el horizonte verdadero en dos puntos: el punto norte N y el punto sur S. La línea recta que conecta los puntos norte y sur se llama la línea del mediodía.

Si miras desde el centro de la esfera al punto N, entonces el punto este O st estará a la derecha y el punto oeste W a la izquierda. Los círculos pequeños de la esfera celeste aa "paralelos al plano del horizonte verdadero se llaman almucantaras; pequeño bb "paralelo al plano del ecuador celeste, - paralelos celestiales.

Los círculos de la esfera celeste de Zon que pasan por los puntos cenit y nadir se denominan verticales. La vertical que pasa por los puntos del este y oeste se denomina primera vertical.

Los círculos de la esfera celeste PNoP que atraviesan los polos del mundo se denominan círculos de declinación.

El meridiano del observador es tanto el círculo vertical como el de declinación. Divide la esfera celeste en dos partes: este y oeste.

El polo del mundo ubicado sobre el horizonte (debajo del horizonte) se llama polo elevado (bajado) del mundo. El nombre del polo elevado del mundo es siempre el mismo nombre que el nombre de la latitud del lugar.

El eje del mundo con el plano del horizonte verdadero forma un ángulo igual a la latitud geográfica del lugar.

La posición de las luminarias en la esfera celeste se determina mediante sistemas de coordenadas esféricas. En astronomía náutica se utilizan los sistemas de coordenadas horizontal y ecuatorial.

Esfera celestial Se denomina esfera imaginaria de radio arbitrario centrada en un punto arbitrario, en cuya superficie se trazan las posiciones de las luminarias tal como son visibles en el cielo en algún momento en el tiempo desde un punto dado.

La esfera celeste gira. Es fácil verificar esto simplemente observando el cambio en la posición de los cuerpos celestes con respecto al observador o al horizonte. Si apunta la cámara a la estrella Ursa Minor y abre la lente durante varias horas, las imágenes de las estrellas en la placa fotográfica describirán arcos, cuyos ángulos centrales son los mismos (Fig. 17). Material del sitio

Debido a la rotación de la esfera celeste, cada estrella se mueve en un círculo pequeño, cuyo plano es paralelo al plano del ecuador - paralelo diurno... Como puede verse en la Figura 18, el paralelo diurno puede cruzar el horizonte matemático, pero no es necesario que lo cruce. El cruce del horizonte por una luminaria se llama amanecer, si pasa a la parte superior de la esfera celeste, y cuando la luz pasa a la parte inferior de la esfera celeste. En el caso de que el paralelo diurno por el que se desplaza la luminaria no cruce el horizonte, se denomina luminaria no ascendente o indisponible dependiendo de dónde se encuentre: siempre en la parte superior o siempre en la parte inferior de la esfera celeste.