Temat 4. NIEbiańska sfera. ASTRONOMICZNE UKŁADY WSPÓŁRZĘDNYCH

4.1. Sfera niebiańska

Sfera niebieska - wyimaginowana sfera o dowolnym promieniu, na którą rzutowane są ciała niebieskie. Służy do rozwiązywania różnych zadań astrometrycznych. Oko obserwatora jest zwykle traktowane jako środek sfery niebieskiej. Dla obserwatora na powierzchni Ziemi obrót sfery niebieskiej odtwarza codzienny ruch gwiazd na niebie.

Koncepcja sfery niebieskiej powstała w starożytności; opierała się na wizualnym wrażeniu istnienia kopuły firmamentu. Wrażenie to wynika z faktu, że w wyniku ogromnego oddalenia ciał niebieskich oko ludzkie nie jest w stanie ocenić różnic w odległości do nich i wydają się być równie odległe. Wśród starożytnych ludów wiązało się to z obecnością prawdziwej kuli, która ogranicza cały świat i niesie na swojej powierzchni liczne gwiazdy. Dlatego ich zdaniem sfera niebieska była najważniejszym elementem wszechświata. Wraz z rozwojem wiedzy naukowej ten pogląd na sferę niebieską zniknął. Jednak geometria sfery niebieskiej, ustanowiona w starożytności, w wyniku rozwoju i ulepszania, otrzymała nowoczesną formę, w jakiej jest wykorzystywana w astrometrii.

Promień sfery niebieskiej można przyjąć dowolnie: w celu uproszczenia relacji geometrycznych przyjmuje się, że jest on równy jedności. W zależności od problemu, który ma zostać rozwiązany, środek sfery niebieskiej można umieścić w miejscu:

gdzie jest obserwator (topocentryczna sfera niebieska),

do środka Ziemi (geocentryczna sfera niebieska),

do środka planety (planetocentryczna sfera niebieska),

do środka Słońca (heliocentryczna sfera niebieska) lub do dowolnego innego punktu w przestrzeni.

Każde źródło światła na sferze niebieskiej odpowiada punktowi, w którym przecina go prosta linia łącząca środek sfery niebieskiej z oświetleniem (z jego środkiem). Podczas badania względnego położenia i pozornych ruchów luminarzy na sferze niebieskiej wybiera się jeden lub inny układ współrzędnych), określony przez główne punkty i linie. Te ostatnie są zwykle dużymi kręgami sfery niebieskiej. Każdy duży okrąg kuli ma dwa bieguny, określone na końcach średnicy prostopadłej do płaszczyzny tego koła.

Nazwy najważniejszych punktów i łuków na sferze niebieskiej

Linia pionu (lub linia pionowa) - prosta linia przechodząca przez środki Ziemi i sfery niebieskiej. Linia pionu przecina się z powierzchnią sfery niebieskiej w dwóch punktach - zenit , nad głową obserwatora i nadire - punkt diametralnie przeciwny.

Horyzont matematyczny - duży okrąg sfery niebieskiej, którego płaszczyzna jest prostopadła do linii pionu. Płaszczyzna matematycznego horyzontu przechodzi przez środek sfery niebieskiej i dzieli jej powierzchnię na dwie połowy: widoczny dla obserwatora, z górą w zenicie i niewidzialny, z górą na nadirze. Horyzont matematyczny może nie pokrywać się z horyzontem widzialnym ze względu na nierówności powierzchni Ziemi i różne wysokości punktów obserwacyjnych, a także krzywiznę promieni świetlnych w atmosferze.

Postać: 4.1. Sfera niebieska

Oś świata - oś pozornego obrotu sfery niebieskiej, równoległa do osi Ziemi.

Oś świata przecina się z powierzchnią sfery niebieskiej w dwóch punktach - biegun północny świata i biegun południowy świata .

Niebiański biegun - punkt na sferze niebieskiej, wokół którego widoczny jest dzienny ruch gwiazd spowodowany obrotem Ziemi wokół własnej osi. W konstelacji znajduje się biegun północny świata Mała Niedźwiedzica, południe w konstelacji Oktant... W rezultacie precesja bieguny świata są przesuwane o około 20 cali rocznie.

Wysokość bieguna świata jest równa szerokości geograficznej miejsca obserwatora. Biegun świata, znajdujący się w ponadhoryzontalnej części kuli, nazywany jest podniesionym, natomiast drugi biegun świata, znajdujący się w części podhoryzontalnej kuli, nazywany jest obniżonym.

Równik niebieski - duży krąg sfery niebieskiej, którego płaszczyzna jest prostopadła do osi świata. Równik niebieski dzieli powierzchnię sfery niebieskiej na dwie półkule: północny półkula , ze szczytem na biegunie północnym świata i półkula południowa , ze szczytem na biegunie południowym świata.

Równik niebieski przecina matematyczny horyzont w dwóch punktach: punkt wschód i punkt zachód ... Punkt wschodni to ten, w którym punkty wirującej sfery niebieskiej przecinają matematyczny horyzont, przechodząc z niewidzialnej półkuli do widzialnej.

Niebiański południk - duży okrąg sfery niebieskiej, którego płaszczyzna przechodzi przez linię pionu i oś świata. Niebiański południk dzieli powierzchnię sfery niebieskiej na dwie półkule - wschodniej półkuli , z wierzchołkiem w punkcie na wschód i zachodnia półkula , z wierzchołkiem w zachodnim punkcie.

Linia południowa - linia przecięcia płaszczyzny południka niebieskiego i płaszczyzny horyzontu matematycznego.

Niebiański południk przecina horyzont matematyczny w dwóch punktach: wskaż północ i wskazywać na południe ... Punkt północny to ten, który znajduje się bliżej bieguna północnego świata.

Ekliptyka - trajektoria pozornego rocznego ruchu Słońca w sferze niebieskiej. Płaszczyzna ekliptyki przecina się z płaszczyzną równika niebieskiego pod kątem ε \u003d 23 ° 26 ".

Ekliptyka przecina równik niebieski w dwóch punktach - wiosna i jesień równonoce ... W równonocy wiosennej Słońce przemieszcza się z półkuli południowej sfery niebieskiej na północną, w równonocy jesiennej, z półkuli północnej sfery niebieskiej na południową.

Nazywa się punkty ekliptyki, które są 90 ° od równonocy punkt lato przesilenie dnia z nocą (na półkuli północnej) i punkt zimowy przesilenie dnia z nocą (na półkuli południowej).

Oś ekliptyka - średnica sfery niebieskiej prostopadłej do płaszczyzny ekliptyki.

4.2. Główne linie i płaszczyzny sfery niebieskiej

Oś ekliptyki przecina się z powierzchnią sfery niebieskiej w dwóch punktach - ekliptyka bieguna północnego leżące na półkuli północnej i biegun południowy ekliptyki, leżący na półkuli południowej.

Almucantarat (Arabski okrąg o równych wysokościach) luminarze - mały okrąg sfery niebieskiej przechodzący przez oprawę oświetleniową, którego płaszczyzna jest równoległa do płaszczyzny matematycznego horyzontu.

Wysokość okręgu lub pionowy koło lub pionowy luminarze - duże półkole sfery niebieskiej przechodzące przez zenit, luminarz i nadir.

Równoległe dobowe luminarze - mały okrąg sfery niebieskiej przechodzący przez oprawę oświetleniową, której płaszczyzna jest równoległa do płaszczyzny równika niebieskiego. Widoczne dzienne ruchy luminarzy są zgodne z dobowymi podobieństwami.

Koło deklinacje luminarze - duże półkole sfery niebieskiej przechodzące przez bieguny świata i luminarza.

Koło ekliptyka szerokość lub po prostu krąg szerokości geograficznej luminarza - duże półkole sfery niebieskiej przechodzące przez bieguny ekliptyki i luminarza.

Koło galaktyczny szerokość luminarze - duże półkole sfery niebieskiej przechodzące przez bieguny galaktyczne i luminarz.

2. ASTRONOMICZNE UKŁADY WSPÓŁRZĘDNYCH

Układ współrzędnych niebieskich jest używany w astronomii do opisania pozycji gwiazd na niebie lub punktów na wyimaginowanej sferze niebieskiej. Współrzędne luminarzy lub punktów są ustalane przez dwie wartości kątowe (lub łuki), które jednoznacznie określają położenie obiektów na sferze niebieskiej. Zatem niebiański układ współrzędnych jest sferycznym układem współrzędnych, w którym trzecia współrzędna - odległość - jest często nieznana i nie odgrywa żadnej roli.

Niebieskie układy współrzędnych różnią się od siebie wyborem płaszczyzny głównej. W zależności od wykonywanego zadania wygodniej może być użycie tego lub innego systemu. Najczęściej używane są poziome i równikowe układy współrzędnych. Rzadziej - ekliptyka, galaktyka i inne.

Poziomy układ współrzędnych

Poziomy układ współrzędnych (poziomy) to niebieski układ współrzędnych, w którym płaszczyzna główna jest płaszczyzną horyzontu matematycznego, a bieguny to zenit i nadir. Służy do obserwacji gwiazd i ruchu ciał niebieskich Układu Słonecznego na ziemi gołym okiem, przez lornetkę lub teleskop. Poziome współrzędne planet, Słońca i gwiazd zmieniają się w sposób ciągły w ciągu dnia z powodu codziennych obrotów sfery niebieskiej.

Linie i samoloty

Poziomy układ współrzędnych jest zawsze topocentryczny. Obserwator znajduje się zawsze w stałym punkcie na powierzchni ziemi (oznaczonym na rysunku literą O). Zakładamy, że obserwator znajduje się na półkuli północnej Ziemi na szerokości geograficznej φ. Za pomocą linii pionu kierunek do zenitu (Z) jest określany jako górny punkt, do którego skierowana jest linia pionu, a nadir (Z ”) - jako dolny (pod ziemią). Dlatego linia (ZZ”) łącząca zenit i nadir nazywana jest linią pionu.

4.3. Poziomy układ współrzędnych

Płaszczyzna prostopadła do linii pionu w punkcie O nazywana jest płaszczyzną matematycznego horyzontu. Na tej płaszczyźnie wyznacza się kierunek na południe (geograficzny) i północ, na przykład w kierunku najkrótszego cienia z gnomona w ciągu dnia. Najkrótsza będzie w południe, a linia (NS) łącząca południe z północą nazywana jest linią południową. Punkty wschodni (E) i zachodni (W) są brane pod kątem 90 stopni od punktu południowego, odpowiednio, w kierunku przeciwnym do ruchu wskazówek zegara i zgodnie z ruchem wskazówek zegara, patrząc od strony zenitu. Zatem NESW jest płaszczyzną horyzontu matematycznego

Wzywa się samolot przechodzący przez linię południową i pion (ZNZ "S) płaszczyzna niebiańskiego południka i płaszczyzna przechodząca przez ciało niebieskie - płaszczyzna pionowa danego ciała niebieskiego ... Wielki krąg, w którym przecina sferę niebieską zwany pionem ciała niebieskiego .

W poziomym układzie współrzędnych jedna współrzędna jest również wysokość oprawy h lub its odległość zenitu z... Kolejną współrzędną jest azymut ZA.

Wysokość oprawy h nazywany jest łukiem pionu gwiazdy od płaszczyzny matematycznego horyzontu do kierunku do gwiazdy. Wysokości mierzone są od 0 ° do + 90 ° do zenitu i od 0 ° do -90 ° do nadiru.

Odległość zenitowa gwiazdy z nazywany jest pionowym łukiem gwiazdy od zenitu do gwiazdy. Odległości zenitu liczone są w zakresie od 0 ° do 180 ° od zenitu do nadiru.

Azymut A gwiazdy zwany łukiem matematycznego horyzontu od punktu południowego do pionu gwiazdy. Azymuty mierzone są w kierunku dziennego obrotu sfery niebieskiej, czyli na zachód od punktu południowego, w zakresie od 0 ° do 360 °. Czasami azymuty mierzone są od 0 ° do + 180 ° na zachód i od 0 ° do -180 ° na wschód (w geodezji azymuty są mierzone od punktu północnego).

Cechy zmiany współrzędnych ciał niebieskich

W ciągu dnia gwiazda opisuje okrąg prostopadły do \u200b\u200bosi świata (PP "), który na szerokości geograficznej ted jest nachylony do matematycznego horyzontu pod kątem Therefore. Dlatego porusza się równolegle do horyzontu matematycznego tylko wtedy, gdy φ jest równe 90 stopni, czyli na biegunie północnym. Dlatego wszystkie gwiazdy, tam widoczne będą niezachodzące (w tym Słońce przez sześć miesięcy, patrz długość dnia), a ich wysokość h będzie stała, a na pozostałych szerokościach gwiazdy dostępne do obserwacji o danej porze roku dzielą się na:

przychodzące i rosnące (h przechodzi przez 0 w ciągu dnia)

bez dzwonienia (h jest zawsze większe niż 0)

nie rosnąco (h jest zawsze mniejsze niż 0)

Maksymalna wysokość gwiazdy h będzie obserwowana raz dziennie podczas jednego z jej dwóch przejść przez południk nieba - górnej, a minimalnej - w drugim z nich - dolnej. Wysokość h gwiazdy rośnie od kulminacji dolnej do górnej, a maleje od kulminacji górnej do dolnej.

Pierwszy równikowy układ współrzędnych

W tym systemie główną płaszczyzną jest płaszczyzna równika niebieskiego. W tym przypadku jedną współrzędną jest deklinacja δ (rzadziej odległość biegunowa p). Inną współrzędną jest kąt godzinowy t.

Deklinacja δ źródła światła nazywana jest łukiem koła deklinacji od równika niebieskiego do źródła światła lub kątem między płaszczyzną równika niebieskiego a kierunkiem do źródła światła. Deklinacje liczone są w zakresie od 0 ° do + 90 ° do północnego bieguna świata i od 0 ° do -90 ° do południowego bieguna świata.

4.4. Równikowy układ współrzędnych

Odległość polarna p gwiazdy to łuk okręgu deklinacyjnego od bieguna północnego świata do gwiazdy lub kąt między osią świata a kierunkiem do gwiazdy. Odległości biegunowe mierzone są w zakresie od 0 ° do 180 ° od północnego bieguna świata na południe.

Kąt godzinny t gwiazdy nazywany jest łukiem równika niebieskiego od górnego punktu równika niebieskiego (to znaczy punktu przecięcia równika niebieskiego z południkiem niebieskim) do okręgu deklinacji gwiazdy lub kąta dwuściennego między płaszczyznami południka niebieskiego i okręgiem deklinacji gwiazdy. Kąty godzinowe są liczone w kierunku dobowego obrotu sfery niebieskiej, to znaczy na zachód od górnego punktu równika niebieskiego, w zakresie od 0 ° do 360 ° (w stopniach) lub od 0 do 24 godzin (co godzinę). Czasami kąty godzinowe liczone są od 0 ° do + 180 ° (od 0h do + 12h) na zachód i od 0 ° do -180 ° (od 0h do -12h) na wschód.

Drugi układ współrzędnych równikowych

W tym układzie, podobnie jak w pierwszym równikowym, główną płaszczyzną jest płaszczyzna równika niebieskiego, a jedną współrzędną jest deklinacja δ (rzadziej odległość biegunowa p). Druga współrzędna to rektascensja α. Rektascensja (RA, α) gwiazdy to łuk równika niebieskiego od równonocy wiosennej do okręgu deklinacji gwiazdy, czyli kąt między kierunkiem równonocy wiosennej a płaszczyzną koła deklinacji gwiazdy. Rurowe wniebowstąpienia liczone są w kierunku przeciwnym do dziennego obrotu sfery niebieskiej, w zakresie od 0 ° do 360 ° (w stopniach) lub od 0h do 24h (w godzinach).

RA jest astronomicznym odpowiednikiem ziemskiej długości geograficznej. Zarówno RA, jak i długość geograficzna mierzą kąt wschód-zachód wzdłuż równika; obie miary są mierzone od punktu zerowego na równiku. W przypadku długości geograficznej pierwszym południkiem jest punkt zero; dla RA punktem zerowym jest miejsce na niebie, w którym Słońce przecina równik niebieski w równonocy wiosennej.

Deklinacja (δ) w astronomii jest jedną z dwóch współrzędnych równikowego układu współrzędnych. Jest równa odległości kątowej w sferze niebieskiej od płaszczyzny równika niebieskiego do źródła światła i jest zwykle wyrażana w stopniach, minutach i sekundach łuku. Deklinacja jest dodatnia na północ od równika niebieskiego i ujemna na południe. Deklinacja zawsze ma znak, nawet jeśli deklinacja jest dodatnia.

Deklinacja ciała niebieskiego przechodzącego przez zenit jest równa szerokości geograficznej obserwatora (jeśli przyjmujemy szerokość geograficzną północną ze znakiem +, a szerokość geograficzną południową - ujemną). Na półkuli północnej Ziemi dla danej szerokości geograficznej φ obiekty niebieskie z deklinacją

δ\u003e + 90 ° - φ nie wykraczają poza horyzont, dlatego nazywane są niestałymi. Jeśli deklinacja obiektu wynosi δ

Ekliptyczny układ współrzędnych

W tym systemie płaszczyzną główną jest płaszczyzna ekliptyki. W tym przypadku jedna współrzędna to ekliptyka β, a druga to ekliptyka λ.

4.5. Zależność między ekliptyką a drugim układem współrzędnych równikowych

Szerokość ekliptyki β oprawy oświetleniowej nazywana jest łukiem okręgu o szerokości geograficznej od ekliptyki do oprawy lub kątem między płaszczyzną ekliptyki a kierunkiem do oprawy. Szerokości ekliptyki mierzone są w zakresie od 0 ° do + 90 ° do północnego bieguna ekliptyki i od 0 ° do -90 ° do południowego bieguna ekliptyki.

Długość ekliptyki λ gwiazdy to łuk ekliptyki od równonocy wiosennej do koła szerokości geograficznej gwiazdy lub kąt między kierunkiem do punktu równonocy wiosennej a płaszczyzną koła szerokości geograficznej gwiazdy. Długości ekliptyki są mierzone w kierunku pozornego rocznego ruchu Słońca wzdłuż ekliptyki, czyli na wschód od równonocy wiosennej w zakresie od 0 ° do 360 °.

Galaktyczny układ współrzędnych

W tym układzie płaszczyzną główną jest płaszczyzna naszej Galaktyki. W tym przypadku jedna współrzędna to galaktyczna szerokość geograficzna b, a druga to galaktyczna długość geograficzna l.

4.6. Galaktyczny i drugi równikowy układ współrzędnych.

Galaktyczna szerokość geograficzna b gwiazdy to łuk okręgu galaktycznej szerokości od ekliptyki do gwiazdy lub kąt między płaszczyzną równika galaktycznego a kierunkiem do gwiazdy.

Galaktyczne szerokości geograficzne mierzone są w zakresie od 0 ° do + 90 ° do galaktycznego bieguna północnego i od 0 ° do -90 ° do galaktycznego bieguna południowego.

Długość galaktyczna l gwiazdy to łuk równika galaktycznego od punktu początkowego C do okręgu szerokości galaktycznej gwiazdy lub kąt między kierunkiem do punktu początkowego C a płaszczyzną koła szerokości galaktycznej gwiazdy. Galaktyczne długości geograficzne liczone są w kierunku przeciwnym do ruchu wskazówek zegara, patrząc z galaktycznego bieguna północnego, to znaczy na wschód od początku C, od 0 ° do 360 °.

Punkt odniesienia C znajduje się blisko kierunku do centrum galaktyki, ale nie pokrywa się z nim, ponieważ ten ostatni, ze względu na niewielkie wzniesienie Układu Słonecznego ponad płaszczyzną dysku galaktycznego, leży około 1 ° na południe od równika galaktycznego. Punkt odniesienia C jest tak dobrany, aby punkt przecięcia się galaktycznego i niebieskiego równika z rektascensją 280 ° miał galaktyczną długość 32,93192 ° (dla epoki 2000).

Systemy współrzędne... ... na podstawie tematu „ Niebiański kula. Astronomiczny współrzędne”. Skanowanie obrazów z plików astronomiczny zadowolony. Mapa...

„Opracowanie projektu pilotażowego dla zmodernizowanego systemu lokalnych układów współrzędnych Podmiotów Federacji”

Dokument

Odpowiednie zalecenia międzynarodowe astronomiczny i organizacje geodezyjne ... komunikacja ziemi i niebiański systemy współrzędne), z okresową zmianą ... sfery działalność z wykorzystaniem geodezji i kartografii. "Lokalny systemy współrzędne Tematy ...

Milchnomed - Filozofia sefirycznego sonalizmu Swarga XXI wieku

Dokument

Czasowy Koordynowaćuzupełniony przez tradycyjny Koordynować Ognisty ..., włączony niebiański kula - 88 konstelacji ... falami lub cyklami, - astronomiczny, astrologiczne, historyczne, duchowe ... systemy... W system wiedza zostaje ujawniona ...

Przestrzeń eventowa

Dokument

Równonoc włączona niebiański kula wiosną 1894 r. wg astronomiczny podręczniki, punkt ... rotacyjny współrzędne... Ruch postępowy i obrotowy. Systemy liczenie z translacją i obrotem systemy współrzędne. ...

Sfera niebiańska
Kiedy obserwujemy niebo, wszystkie obiekty astronomiczne wydają się znajdować na kopulastej powierzchni, z obserwatorem w środku. Ta wyobrażona kopuła tworzy górną połowę wyimaginowanej kuli zwanej „sferą niebieską”. Odgrywa fundamentalną rolę we wskazywaniu pozycji obiektów astronomicznych.

Chociaż Księżyc, planety, Słońce i gwiazdy znajdują się w różnych odległościach od nas, to nawet najbliższe z nich są tak daleko, że nie jesteśmy w stanie oszacować ich odległości na oko. Kierunek gwiazdy nie zmienia się, gdy poruszamy się po powierzchni Ziemi. (To prawda, zmienia się nieznacznie, gdy Ziemia porusza się po swojej orbicie, ale to przesunięcie paralaksy można zauważyć tylko najdokładniejszymi instrumentami). Wydaje nam się, że sfera niebieska obraca się, ponieważ gwiazdy wschodzą na wschodzie i zachodzą na zachodzie. Powodem tego jest rotacja Ziemi z zachodu na wschód. Pozorny obrót sfery niebieskiej zachodzi wokół wyimaginowanej osi, która jest kontynuacją osi obrotu Ziemi. Oś ta przecina sferę niebieską w dwóch punktach zwanych północnym i południowym „biegunami świata”. Biegun północny świata znajduje się około stopnia od Gwiazdy Północnej, aw pobliżu bieguna południowego nie ma żadnych jasnych gwiazd.

Oś obrotu Ziemi jest nachylona o około 23,5 ° w stosunku do prostopadłej narysowanej do płaszczyzny orbity Ziemi (do płaszczyzny ekliptyki). Przecięcie tej płaszczyzny ze sferą niebieską tworzy okrąg - ekliptykę, widzialną ścieżkę Słońca przez rok. Orientacja osi Ziemi w przestrzeni pozostaje prawie niezmieniona. Dlatego każdego roku w czerwcu, kiedy północny koniec osi jest nachylony w kierunku Słońca, unosi się wysoko na niebie na półkuli północnej, gdzie dni stają się długie, a noce krótkie. Przemieszczając się w grudniu na przeciwną stronę orbity, Ziemia okazuje się być zwrócona w kierunku Słońca przez półkulę południową, a na naszej północy dni stają się krótkie, a noce długie.
Zobacz też PORY ROKU . Jednak pod wpływem przyciągania słonecznego i księżycowego orientacja osi Ziemi wciąż stopniowo się zmienia. Główny ruch osi spowodowany wpływem Słońca i Księżyca na obrzęk równikowy Ziemi nazywa się precesją. W wyniku precesji oś Ziemi powoli obraca się wokół prostopadłej do płaszczyzny orbity, opisując stożek o promieniu 23,5 ° na przestrzeni 26 tysięcy lat. Z tego powodu za kilka stuleci biegun nie będzie już blisko Gwiazdy Północnej. Ponadto oś Ziemi wykonuje niewielkie oscylacje, zwane nutacją i związane z eliptycznością orbit Ziemi i Księżyca, a także z faktem, że płaszczyzna orbity Księżyca jest lekko nachylona do płaszczyzny orbity Ziemi. Jak już wiemy, wygląd sfery niebieskiej zmienia się w nocy w wyniku obrotu Ziemi wokół własnej osi. Ale nawet jeśli obserwujesz niebo w tym samym czasie przez cały rok, jego wygląd zmieni się z powodu rewolucji Ziemi wokół Słońca. Dla pełnej orbity wokół 360 ° Ziemi ok. 3651/4 dni - około jednego stopnia dziennie. Nawiasem mówiąc, dzień, a raczej dzień słoneczny, to czas, w którym Ziemia obraca się raz wokół własnej osi w stosunku do Słońca. Składa się z czasu, w którym Ziemia wykonuje obrót względem gwiazd („dni gwiezdne”), plus krótki czas - około czterech minut - wymagany na obrót, który kompensuje dzienny ruch orbitalny Ziemi o jeden stopień. Zatem w ciągu roku ok. 3651/4 słonecznych dni i ok. 3661/4 gwiazdka.
Patrząc z określonego punktu
Gwiazda ląduje w pobliżu biegunów albo zawsze znajduje się nad horyzontem, albo nigdy nad nim nie wznosi się. Wszystkie inne gwiazdy wschodzą i zachodzą, a wschody i upadki każdej gwiazdy następują każdego dnia o 4 minuty wcześniej niż poprzedniego dnia. Niektóre gwiazdy i konstelacje unoszą się na niebie w nocy zimą - nazywamy je „zimą”, a inne - „latem”. Tak więc wygląd sfery niebieskiej jest określany trzykrotnie: pora dnia związana z obrotem Ziemi; pora roku związana z okrążaniem słońca; epoka związana z precesją (choć ten ostatni efekt jest ledwo zauważalny „na oko” nawet za 100 lat).
Układy współrzędnych. Istnieją różne sposoby wskazywania położenia obiektów na sferze niebieskiej. Każdy z nich nadaje się do określonych rodzajów zadań.
System azymutalny. Aby wskazać położenie obiektu na niebie w stosunku do obiektów naziemnych otaczających obserwatora, stosuje się układ współrzędnych „azymutalny” lub „poziomy”. Wskazuje odległość kątową obiektu nad horyzontem, zwaną „wysokością”, a także jej „azymut” - odległość kątową wzdłuż horyzontu od punktu warunkowego do punktu leżącego bezpośrednio pod obiektem. W astronomii azymut mierzy się od punktu z południa na zachód, aw geodezji i nawigacji od punktu z północy na wschód. Dlatego przed użyciem azymutu musisz dowiedzieć się, w którym systemie jest on wskazany. Punkt na niebie, znajdujący się bezpośrednio nad głową, ma wysokość 90 ° i nazywany jest „zenitem”, a punkt diametralnie przeciwny do niego (pod stopami) to „nadir”. W przypadku wielu zadań ważny jest duży krąg sfery niebieskiej, zwany „południkiem nieba”; przechodzi przez zenit, nadir i bieguny świata i przecina horyzont w punktach na północ i południe.
Układ równikowy. Ze względu na rotację Ziemi gwiazdy stale poruszają się względem horyzontu i punktów kardynalnych, a ich współrzędne w układzie poziomym ulegają zmianie. Ale w przypadku niektórych zadań astronomicznych układ współrzędnych musi być niezależny od pozycji obserwatora i pory dnia. Ten system nazywa się „równikowy”; jego współrzędne przypominają szerokości i długości geograficzne. W nim płaszczyzna równika ziemskiego, kontynuowana aż do przecięcia się ze sferą niebieską, wyznacza podstawowy okrąg - „równik niebieski”. „Deklinacja” gwiazdy przypomina szerokość geograficzną i jest mierzona jej odległością kątową na północ lub południe od równika niebieskiego. Jeśli gwiazda jest widoczna dokładnie w zenicie, wówczas szerokość geograficzna miejsca obserwacji jest równa deklinacji gwiazdy. Długość geograficzna odpowiada „rektascensji” gwiazdy. Jest mierzony na wschód od przecięcia ekliptyki z równikiem niebieskim, przez które przechodzi Słońce w marcu, w dniu początku wiosny na półkuli północnej i jesieni na południu. Ten punkt, ważny dla astronomii, nazywany jest „pierwszym punktem Barana” lub „równonocy wiosennej” i jest oznaczony znakiem
Inne systemy. Do niektórych celów używane są również inne układy współrzędnych na sferze niebieskiej. Na przykład, badając ruch ciał w Układzie Słonecznym, stosuje się układ współrzędnych, którego główną płaszczyzną jest płaszczyzna orbity Ziemi. Strukturę Galaktyki bada się w układzie współrzędnych, którego główną płaszczyzną jest równikowa płaszczyzna Galaktyki, reprezentowana na niebie przez okrąg przebiegający wzdłuż Drogi Mlecznej.
Porównanie układów współrzędnych. Najważniejsze szczegóły układu poziomego i równikowego przedstawiono na rysunkach. Tabela odwzorowuje te systemy w układzie współrzędnych geograficznych.
Przejście z jednego systemu do drugiego. Często konieczne jest obliczenie jej równikowych współrzędnych ze współrzędnych azymutu gwiazdy i odwrotnie. W tym celu konieczna jest znajomość momentu obserwacji i pozycji obserwatora na Ziemi. Matematycznie problem rozwiązuje się za pomocą sferycznego trójkąta z wierzchołkami w zenicie, biegunie północnym świata i gwiazdą X; nazywany jest „trójkątem astronomicznym”. Kąt z wierzchołkiem na biegunie północnym świata między południkiem obserwatora a kierunkiem do dowolnego punktu sfery niebieskiej nazywany jest „kątem godzinnym” tego punktu; mierzy się na zachód od południka. Kąt godzinny równonocy wiosennej, wyrażony w godzinach, minutach i sekundach, w punkcie obserwacyjnym nazywany jest „czasem gwiazdowym” (Si. T. - czas gwiazdowy). A ponieważ rektascensja gwiazdy jest również kątem biegunowym między jej kierunkiem a wiosenną równonocą, czas gwiazdowy jest równy rektascensji wszystkich punktów leżących na południku obserwatora. Zatem kąt godzinowy dowolnego punktu na sferze niebieskiej jest równy różnicy między czasem gwiazdowym a jego rektascensją:

Niech szerokość geograficzna obserwatora będzie j. Jeśli podane są współrzędne równikowe gwiazdy a i d, to jej współrzędne poziome a i można obliczyć za pomocą następujących wzorów: Można również rozwiązać problem odwrotny: ze zmierzonych wartości a i h, znając czas, obliczyć aid. Deklinację d oblicza się bezpośrednio z ostatniego wzoru, następnie H oblicza się z przedostatniego, a a oblicza się od pierwszego, jeśli znany jest czas gwiazdowy.
Reprezentacja sfery niebieskiej. Od stuleci naukowcy szukali najlepszych sposobów przedstawiania sfery niebieskiej do badań lub demonstracji. Zaproponowano dwa rodzaje modeli: dwuwymiarowy i trójwymiarowy. Sferę niebieską można przedstawić na płaszczyźnie w taki sam sposób, jak kulistą ziemię na mapach. W obu przypadkach konieczne jest wybranie układu rzutowania geometrycznego. Pierwszą próbą przedstawienia obszarów sfery niebieskiej na płaszczyźnie były rzeźby naskalne przedstawiające konfiguracje gwiazd w jaskiniach starożytnych ludzi. Obecnie istnieją różne mapy gwiazd publikowane jako ręcznie rysowane lub fotograficzne atlasy gwiazd obejmujące całe niebo. Starożytni chińscy i greccy astronomowie wyobrażali sobie sferę niebieską według wzoru znanego jako „sfera armilarna”. Składa się z metalowych kręgów lub pierścieni połączonych ze sobą, aby reprezentować najważniejsze kręgi sfery niebieskiej. W dzisiejszych czasach często używa się globusów gwiazd, na których zaznaczone są pozycje gwiazd i główne okręgi sfery niebieskiej. Sfery i globusy armilarne mają wspólną wadę: położenie gwiazd i oznaczenia okręgów są naniesione po ich zewnętrznej, wypukłej stronie, którą rozważamy z zewnątrz, podczas gdy patrzymy na niebo „od wewnątrz”, a gwiazdy wydają się być umieszczone po wklęsłej stronie sfery niebieskiej. Czasami prowadzi to do pomylenia kierunków ruchu gwiazd i postaci konstelacji. Najbardziej realistyczne przedstawienie sfery niebieskiej daje planetarium. Optyczna projekcja gwiazd na półkulisty ekran od wewnątrz umożliwia bardzo dokładne odwzorowanie widoku nieba i wszelkiego rodzaju ruchów gwiazd na nim.
Zobacz też
ASTRONOMIA I ASTROFIZYKA;
PLANETARIUM;
GWIAZDY .

Encyklopedia Colliera. - Społeczeństwo otwarte. 2000 .

- wyimaginowana pomocnicza sfera o dowolnym promieniu, na którą rzutowane są ciała niebieskie. Jest używany w astronomii do badania względnego położenia i ruchu obiektów kosmicznych w oparciu o określenie ich współrzędnych na sferze niebieskiej ... ... jest wyimaginowaną sferą pomocniczą o dowolnym promieniu, na którą rzutowane są ciała niebieskie. Jest używany w astronomii do badania względnego położenia i ruchu obiektów kosmicznych w oparciu o określenie ich współrzędnych na sferze niebieskiej. ... ... Słownik encyklopedyczny

Wyimaginowana pomocnicza kula o dowolnym promieniu, na którą rzutowane są ciała niebieskie; służy do rozwiązywania różnych zadań astrometrycznych. Reprezentacja strony N. pochodzi z czasów starożytnych; był oparty na wizualnym ... ... Wielka radziecka encyklopedia

Wyimaginowana kula o dowolnym promieniu, na której rój ciał niebieskich jest przedstawiony tak, jak są one widoczne z punktu obserwacyjnego na powierzchni Ziemi (topocentryczne północne południe) lub tak, jakby były widoczne ze środka Ziemi (geocentryczne północne) lub ze środka Słońca ... ... Duży encyklopedyczny słownik politechniczny

sfera niebieska - dangaus sfera statusas T sritis fizika atitikmenys: angl. vok sfery niebieskiej. Himmelskugel, f; Himmelssphäre, f rus. sfera niebieska, f; firmament, m pranc. sphère céleste, f ... Fizikos terminų žodynas

Sfera niebieska jest wyimaginowaną sferą o dowolnym promieniu, używaną w astronomii do opisywania względnych pozycji gwiazd na niebie. Dla uproszczenia obliczeń jego promień jest równy jeden; środek sfery niebieskiej, w zależności od rozwiązywanego problemu, łączy się ze źrenicą obserwatora, ze środkiem Ziemi, Księżyca, Słońca lub ogólnie z dowolnym punktem w przestrzeni.

Pojęcie sfery niebieskiej pochodzi z czasów starożytnych. Opiera się na wizualnym wrażeniu istnienia kryształowej kopuły nieba, na której rzekomo osadzone są gwiazdy. Sfera niebieska w umysłach starożytnych ludów była najważniejszym elementem wszechświata. Wraz z rozwojem astronomii ten widok sfery niebieskiej zniknął. Jednak geometria sfery niebieskiej, ustanowiona w starożytności, w wyniku rozwoju i ulepszeń, otrzymała nowoczesną formę, w której dla wygody różnych obliczeń jest wykorzystywana w astrometrii.

Rozważmy sferę niebieską taką, jaka wydaje się obserwatorowi na średnich szerokościach geograficznych z powierzchni Ziemi (ryc. 1).

Dwie proste, których położenie można ustalić doświadczalnie za pomocą instrumentów fizycznych i astronomicznych, odgrywają ważną rolę w określaniu pojęć związanych ze sferą niebieską.

Pierwsza to pion; jest to prosta, która pokrywa się w danym punkcie z kierunkiem grawitacji. Ta linia, poprowadzona przez środek sfery niebieskiej, przecina ją w dwóch diametralnie przeciwnych punktach: górny nazywany jest zenitem, dolny - nadirem. Płaszczyzna przechodząca przez środek sfery niebieskiej prostopadła do linii pionu nazywana jest płaszczyzną matematycznego (lub prawdziwego) horyzontu. Linia przecięcia tej płaszczyzny ze sferą niebieską nazywana jest horyzontem.

Druga linia to oś świata - linia przechodząca przez środek sfery niebieskiej, równoległa do osi obrotu Ziemi; wokół osi świata widoczny jest dzienny obrót całego firmamentu.

Punkty przecięcia osi świata ze sferą niebieską nazywane są biegunami północnym i południowym świata. Najbardziej rzucającą się w oczy z gwiazd w pobliżu bieguna północnego świata jest Gwiazda Północna. W pobliżu bieguna południowego świata nie ma jasnych gwiazd.

Płaszczyzna przechodząca przez środek sfery niebieskiej prostopadła do osi świata nazywana jest płaszczyzną równika niebieskiego. Linia przecięcia tej płaszczyzny ze sferą niebieską nazywana jest równikiem niebieskim.

Przypomnijmy, że okrąg, który uzyskuje się, gdy sfera niebieska przecina się z płaszczyzną przechodzącą przez jej środek, nazywa się w matematyce dużym okręgiem, a jeśli płaszczyzna nie przechodzi przez środek, uzyskuje się mały okrąg. Horyzont i równik niebieski to duże okręgi sfery niebieskiej, które dzielą ją na dwie równe półkule. Horyzont dzieli sferę niebieską na widoczne i niewidzialne półkule. Równik niebieski dzieli go odpowiednio na półkulę północną i południową.

Wraz z dziennym obrotem sklepienia, luminarze obracają się wokół osi świata, opisując małe okręgi na sferze niebieskiej, zwane dobowymi równoległościami; luminarze, oddalone od biegunów świata o 90 °, poruszają się po wielkim kręgu sfery niebieskiej - równiku niebieskim.

Po określeniu pionu i osi świata łatwo jest zdefiniować wszystkie inne płaszczyzny i okręgi sfery niebieskiej.

Płaszczyzna przechodząca przez środek sfery niebieskiej, w której znajduje się zarówno linia pionu, jak i oś świata, nazywana jest płaszczyzną południka niebieskiego. Wielki okrąg z przecięcia tej płaszczyzny ze sferą niebieską nazywany jest niebiańskim południkiem. Punkt przecięcia południka niebieskiego z horyzontem, który jest bliżej bieguna północnego świata, nazywany jest punktem północnym; diametralnie przeciwnie - wskaż południe. Linia prosta przechodząca przez te punkty to linia południowa.

Punkty horyzontu położone pod kątem 90 ° od północy i południa nazywane są punktami wschodu i zachodu. Te cztery punkty nazywane są głównymi punktami horyzontu.

Płaszczyzny przechodzące przez linię pionu przecinają sferę niebieską w dużych okręgach i nazywane są pionami. Niebiański południk jest jednym z pionów. Pion, prostopadły do \u200b\u200bpołudnika i przechodzący przez punkty wschodni i zachodni, nazywany jest pierwszym pionem.

Z definicji trzy główne płaszczyzny - matematyczny horyzont, niebiański południk i pierwsza pionowa - są wzajemnie prostopadłe. Płaszczyzna równika niebieskiego jest prostopadła tylko do płaszczyzny południka niebieskiego, tworząc z płaszczyzną horyzontu kąt dwuścienny. Na biegunach geograficznych Ziemi płaszczyzna równika niebieskiego pokrywa się z płaszczyzną horyzontu, a na równiku Ziemi staje się do niej prostopadła. W pierwszym przypadku, na biegunach geograficznych Ziemi, oś świata pokrywa się z linią pionu, a dowolny z pionów można przyjąć za południk nieba, w zależności od warunków wykonywanego zadania. W drugim przypadku na równiku oś świata leży w płaszczyźnie horyzontu i pokrywa się z linią południa; W tym przypadku biegun północny świata pokrywa się z punktem północnym, a biegun południowy świata - z punktem południowym (patrz ryc.).

Używając sfery niebieskiej, której środek jest zrównany ze środkiem Ziemi lub jakimś innym punktem w przestrzeni, pojawia się również szereg cech, jednak zasada wprowadzenia podstawowych pojęć - horyzont, południk nieba, pierwszy pion, równik niebieski itp. - pozostaje ta sama.

Główne płaszczyzny i okręgi sfery niebieskiej są używane przy wprowadzaniu poziomych, równikowych i ekliptyki współrzędnych niebieskich, a także przy opisywaniu cech pozornego dziennego obrotu gwiazd.

Duży okrąg powstały, gdy sfera niebieska przecina się z płaszczyzną przechodzącą przez jej środek i równoległą do płaszczyzny orbity Ziemi, nazywamy ekliptyką. Pozorny roczny ruch Słońca odbywa się wzdłuż ekliptyki. Punkt przecięcia ekliptyki z równikiem niebieskim, w którym słońce przechodzi z półkuli południowej sfery niebieskiej na północ, nazywany jest równonocą wiosenną. Przeciwny punkt sfery niebieskiej nazywany jest jesienną równonocą. Prosta linia przechodząca przez środek sfery niebieskiej prostopadła do płaszczyzny ekliptyki przecina sferę na dwóch biegunach ekliptyki: biegunie północnym na półkuli północnej i biegunie południowym na półkuli południowej.

§ 48. Sfera niebieska. Główne punkty, linie i okręgi na sferze niebieskiej

Sfera niebieska nazywana jest kulą o dowolnym promieniu, wyśrodkowaną w dowolnym punkcie w przestrzeni. Za jego środek, w zależności od sformułowania problemu, weź oko obserwatora, środek instrumentu, środek Ziemi itp.

Rozważ główne punkty i okręgi sfery niebieskiej, za środek której bierze się oko obserwatora (ryc. 72). Narysuj linię pionu przechodzącą przez środek sfery niebieskiej. Punkty przecięcia linii pionu ze kulą nazywane są zenitem Z i nadir n.

Postać: 72.

Płaszczyzna przechodząca przez środek sfery niebieskiej prostopadła do linii pionu nazywa się płaszczyzna prawdziwego horyzontu. Ta płaszczyzna, przecinająca się ze sferą niebieską, tworzy duży okrąg, zwany prawdziwym horyzontem. Ta ostatnia dzieli sferę niebieską na dwie części: nad-poziomą i podpoziomą.

Linia prosta przechodząca przez środek sfery niebieskiej, równoległa do osi Ziemi, nazywana jest osią y świata. Nazywane są punktami przecięcia osi świata ze sferą niebieską bieguny świata. Jeden z biegunów, odpowiadający biegunom Ziemi, nazywany jest biegunem północnym świata i oznacza Pn, drugi - biegun południowy świata Ps.

Nazywa się płaszczyzną QQ "przechodzącą przez środek sfery niebieskiej prostopadle do osi świata płaszczyzna równika niebieskiego. Ta płaszczyzna, przecinająca się ze sferą niebieską, tworzy obwód wielkiego koła - równik niebieski, który dzieli sferę niebieską na część północną i południową.

Nazywa się wielki krąg sfery niebieskiej przechodzący przez bieguny świata, zenit i nadir południk obserwatora PN nPsZ. Oś świata dzieli południk obserwatora na południe PN ZP i północne PN nP.

Południk obserwatora przecina się z rzeczywistym horyzontem w dwóch punktach: północnym punkcie N i południowym punkcie S. Prostą linię łączącą punkty północ i południe nazywa się linia południowa.

Jeśli spojrzysz od środka kuli do punktu N, to wschodni punkt O st będzie po prawej stronie, a zachodni punkt W po lewej. Małe okręgi sfery niebieskiej aa "równoległe do płaszczyzny prawdziwego horyzontu nazywane są almucantaras; małe bb "równoległe do płaszczyzny równika niebieskiego, - niebiańskie podobieństwa.

Okręgi sfery niebieskiej Zon przechodzące przez punkty zenitu i nadiru są nazywane piony. Pion przechodzący przez punkty wschodni i zachodni nazywany jest pierwszym pionem.

Okręgi sfery niebieskiej PNoP przechodzące przez bieguny świata nazywane są kręgi deklinacji.

Meridian obserwatora jest zarówno okręgiem pionowym, jak i deklinacyjnym. Dzieli sferę niebieską na dwie części - wschodnią i zachodnią.

Biegun świata znajdujący się nad horyzontem (poniżej horyzontu) nazywany jest podwyższonym (obniżonym) biegunem świata. Nazwa wzniesionego bieguna świata jest zawsze taka sama jak nazwa szerokości geograficznej tego miejsca.

Oś świata z płaszczyzną prawdziwego horyzontu tworzy kąt równy szerokość geograficzna miejsca.

Pozycję luminarzy na sferze niebieskiej określa się za pomocą sferycznych układów współrzędnych. W astronomii morskiej wykorzystuje się układy współrzędnych poziomych i równikowych.

Niebiańska sfera nazywana jest wyimaginowaną kulą o dowolnym promieniu ze środkiem w dowolnym punkcie, na której powierzchni wykreślone są pozycje luminarzy, gdy są one widoczne na niebie w określonym momencie z danego punktu.

Sfera niebieska obraca się. Łatwo to zweryfikować, po prostu obserwując zmianę położenia ciał niebieskich względem obserwatora lub horyzontu. Jeśli skierujesz aparat na gwiazdę Ursa Minor i otworzysz obiektyw na kilka godzin, obrazy gwiazd na płycie fotograficznej będą opisywać łuki, których środkowe kąty są takie same (ryc. 17). Materiał ze strony

Ze względu na rotację sfery niebieskiej każda gwiazda porusza się po małym okręgu, którego płaszczyzna jest równoległa do płaszczyzny równika - dobowe równolegle... Jak widać na rysunku 18, dobowa paralela może przekroczyć horyzont matematyczny, ale nie musi go przekraczać. Nazywa się przekroczenie horyzontu przez luminarza wschód słońca, jeśli dociera do górnej części sfery niebieskiej i kiedy światło przechodzi do dolnej części sfery niebieskiej. W przypadku, gdy dzienna równoległość, wzdłuż której porusza się oprawa, nie przecina horyzontu, oprawa jest nazywana niewnoszący lub niedostępne w zależności od tego, gdzie to jest: zawsze na górze lub zawsze na dole sfery niebieskiej.