Laboratorijski rad “Osnovni elementi nebeske sfere. Predavanje iz astronomije - Nebeska sfera, njezine glavne točke

Nebeska sfera je zamišljena sfera proizvoljnog radijusa, koja se koristi u astronomiji za opisivanje relativnih položaja svjetiljki na nebu. Radi jednostavnosti izračuna, njegov radijus se uzima jednak jedinici; Središte nebeske sfere, ovisno o problemu koji se rješava, kombinira se sa zjenicom promatrača, sa središtem Zemlje, Mjeseca, Sunca ili čak s proizvoljnom točkom u svemiru.

Ideja o nebeskoj sferi nastala je u antičko doba. Temeljio se na vizualnom dojmu o postojanju kristalne kupole na nebu, na kojoj kao da su bile pričvršćene zvijezde. Nebeska sfera u mašti starih naroda bila je najvažniji element Svemir. S razvojem astronomije nestao je ovakav pogled na nebesku sferu. Međutim, geometrija nebeske sfere, postavljena u antičko doba, kao rezultat razvoja i poboljšanja, dobila je moderan izgled, u kojem se radi praktičnosti raznih izračuna koristi u astrometriji.

Razmotrimo nebesku sferu onako kako se promatraču na srednjim geografskim širinama čini s površine Zemlje (slika 1).

Važnu ulogu u definiranju pojmova vezanih uz nebesku sferu imaju dvije ravne linije, čiji se položaj može eksperimentalno utvrditi pomoću fizikalnih i astronomskih instrumenata. Prvi od njih je visak; Ovo je ravna crta koja se u određenoj točki poklapa sa smjerom gravitacije. Ova linija, povučena kroz središte nebeske sfere, siječe je u dvije dijametralno suprotne točke: gornja se naziva zenit, a donja nadir. Ravnina koja prolazi središtem nebeske sfere okomito na visak naziva se ravnina matematičkog (ili pravog) horizonta. Crta presjeka ove ravnine s nebeskom sferom naziva se horizont.

Druga pravac je os svijeta – pravac koji prolazi središtem nebeske sfere paralelno s osi rotacije Zemlje; Vidljiva je dnevna rotacija cijelog neba oko osi svijeta. Točke sjecišta osi svijeta s nebeskom sferom nazivaju se sjeverni i južni pol svijeta. Najuočljivija zvijezda u blizini sjevernog pola je Sjevernjača. U blizini Južnog pola svijeta nema svijetlih zvijezda.

Ravnina koja prolazi središtem nebeske sfere okomito na svjetsku os naziva se ravnina nebeskog ekvatora. Sjecište te ravnine s nebeskom sferom naziva se nebeski ekvator.

Podsjetimo, kružnica koja se dobije kada se nebeska sfera presječe ravninom koja prolazi kroz njezino središte u matematici se naziva velika kružnica, a ako ravnina ne prolazi kroz središte, tada se dobije mala kružnica. Horizont i nebeski ekvator predstavljaju velike krugove nebeske sfere i dijele je na dvije jednake polutke. Horizont dijeli nebesku sferu na vidljivu i nevidljivu polutku. Nebeski ekvator dijeli je na sjevernu i južnu polutku.

Tijekom dnevne rotacije neba, svjetiljke se okreću oko osi svijeta, opisujući male krugove na nebeskoj sferi, zvane dnevne paralele; svjetlila, udaljena 90° od polova svijeta, gibaju se po velikom krugu nebeske sfere - nebeskom ekvatoru.

Nakon što smo definirali visak i os svijeta, nije teško definirati sve ostale ravnine i kružnice nebeske sfere.

Ravnina koja prolazi središtem nebeske sfere, u kojoj istovremeno leže i visak i os svijeta, naziva se ravnina nebeskog meridijana. Velika kružnica od sjecišta ove ravnine s nebeskom sferom naziva se nebeski meridijan. Ta jedna od točaka sjecišta nebeskog meridijana s horizontom, koja je bliža sjevernom polu svijeta, zove se sjeverna točka; dijametralno suprotno – točka juga. Prava linija koja prolazi kroz te točke je linija podneva.

Točke na horizontu koje su udaljene 90° od točaka sjevera i juga nazivaju se točkama istoka i zapada. Ove četiri točke nazivaju se glavnim točkama horizonta.

Ravnine koje prolaze kroz visak sijeku nebesku sferu u velikim kružnicama i nazivaju se vertikalama. Nebeski meridijan jedna je od vertikala. Okomica koja je okomita na meridijan i prolazi točkama istoka i zapada naziva se prva okomica.

Po definiciji, tri glavne ravnine - matematički horizont, nebeski meridijan i prva vertikala - međusobno su okomite. Ravnina nebeskog ekvatora okomita je samo na ravninu nebeskog meridijana, čineći je s ravninom horizonta dvostrani kut. Na geografskim polovima Zemlje ravnina nebeskog ekvatora poklapa se s ravninom horizonta, a na ekvatoru Zemlje postaje okomita na nju. U prvom slučaju, na zemljopisnim polovima Zemlje, svjetska os se poklapa s viskom i bilo koja se okomica može uzeti kao nebeski meridijan, ovisno o uvjetima zadatka. U drugom slučaju, na ekvatoru, os svijeta leži u ravnini horizonta i poklapa se s linijom podneva; Sjeverni pol svijeta poklapa se s točkom sjevera, a južni pol svijeta poklapa se s točkom juga (vidi sliku).

Pri korištenju nebeske sfere, čije se središte poklapa sa središtem Zemlje ili nekom drugom točkom u svemiru, također se nameće niz značajki, ali načelo uvođenja osnovnih pojmova - horizont, nebeski meridijan, prva vertikala, nebeski ekvator, itd. - ostaje isto.

Glavne ravnine i kružnice nebeske sfere koriste se pri uvođenju horizontalnih, ekvatorijalnih i ekliptičkih nebeskih koordinata, kao i pri opisivanju značajki prividne dnevne rotacije svjetiljki.

Veliki krug koji nastaje kada nebesku sferu presječe ravnina koja prolazi kroz njezino središte i paralelna je s ravninom Zemljine putanje naziva se ekliptika. Vidljivo godišnje kretanje Sunca događa se duž ekliptike. Točka presjeka ekliptike s nebeskim ekvatorom, u kojoj Sunce prelazi s južne hemisfere nebeske sfere na sjevernu, naziva se točka proljetnog ekvinocija. Suprotna točka nebeske sfere naziva se jesenji ekvinocij. Pravac koji prolazi središtem nebeske sfere okomito na ravninu ekliptike siječe sferu na dva pola ekliptike: sjevernom polu na sjevernoj hemisferi i južnom polu na južnoj hemisferi.

Sadržaj članka

NEBESKA SFERA. Kada promatramo nebo, svi astronomski objekti izgledaju kao da se nalaze na kupolastoj površini u čijem se središtu nalazi promatrač. Ova zamišljena kupola tvori gornju polovicu zamišljene sfere koja se naziva "nebeska sfera". Ima temeljnu ulogu u označavanju položaja astronomskih objekata.

Iako se Mjesec, planeti, Sunce i zvijezde nalaze na različitim udaljenostima od nas, čak su i oni najbliži toliko udaljeni da njihovu udaljenost ne možemo procijeniti okom. Smjer prema zvijezdi ne mijenja se dok se krećemo po površini Zemlje. (Istina, neznatno se mijenja kako se Zemlja kreće duž svoje orbite, ali taj pomak paralakse može se primijetiti samo uz pomoć najpreciznijih instrumenata.)

Čini nam se da se nebeska sfera okreće, budući da svjetlila izlaze na istoku, a zalaze na zapadu. Razlog tome je rotacija Zemlje od zapada prema istoku. Prividna rotacija nebeske sfere događa se oko zamišljene osi koja se nastavlja na zemljinu os rotacije. Ova os siječe nebesku sferu u dvije točke koje se nazivaju sjeverni i južni "nebeski pol". Nebeski sjeverni pol nalazi se oko jedan stupanj od Sjevernjače, a blizu južnog pola nema sjajnih zvijezda.

Os Zemljine rotacije nagnuta je približno 23,5° u odnosu na okomicu na ravninu Zemljine orbite (na ravninu ekliptike). Sjecište ove ravnine s nebeskom sferom daje kružnicu – ekliptiku, prividnu putanju Sunca tijekom godine. Orijentacija zemljine osi u prostoru ostaje gotovo nepromijenjena. Stoga se svake godine u lipnju, kada je sjeverni kraj osi nagnut prema Suncu, ono digne visoko na nebo na sjevernoj hemisferi, gdje dani postaju dugi, a noći kratke. Prelaskom na suprotnu stranu orbite u prosincu, ispada da je Zemlja okrenuta prema Suncu južnom hemisferom, a na našem sjeveru dani postaju kratki, a noći duge.

Međutim, pod utjecajem Sunčeve i Mjesečeve gravitacije postupno se mijenja orijentacija Zemljine osi. Glavno pomicanje osi uzrokovano utjecajem Sunca i Mjeseca na ekvatorijalnu izbočinu Zemlje naziva se precesija. Kao rezultat precesije, zemljina se os polako okreće okomito na orbitalnu ravninu, opisujući stožac polumjera 23,5° tijekom 26 tisuća godina. Iz tog razloga, nakon nekoliko stoljeća, pol više neće biti u blizini Sjevernjače. Osim toga, Zemljina os prolazi kroz male oscilacije koje se nazivaju nutacije, a koje su povezane s eliptičnosti orbita Zemlje i Mjeseca, kao i s činjenicom da je ravnina Mjesečeve orbite blago nagnuta u odnosu na ravninu Zemljine orbite. orbita.

Kao što već znamo, izgled nebeske sfere mijenja se tijekom noći zbog rotacije Zemlje oko svoje osi. Ali čak i ako promatrate nebo u isto vrijeme tijekom cijele godine, njegov izgled će se promijeniti zbog Zemljine revolucije oko Sunca. Za potpunu orbitu od 360° Zemlji je potrebno cca. 365 1/4 dana – otprilike jedan stupanj dnevno. Inače, dan, točnije Sunčev dan je vrijeme za koje se Zemlja jedanput okrene oko svoje osi u odnosu na Sunce. Sastoji se od vremena koje je potrebno da se Zemlja okrene u odnosu na zvijezde ("zvjezdani dan"), plus kratko vrijeme - oko četiri minute - potrebno da rotacija kompenzira Zemljino orbitalno kretanje za jedan stupanj dnevno. Tako je u godini dana cca. 365 1/4 Sunčani dani i ok. 366 1/4 zvjezdica.

Kada se promatraju s određene točke na Zemlji, zvijezde koje se nalaze u blizini polova ili su uvijek iznad horizonta ili se nikada ne uzdižu iznad njega. Sve ostale zvijezde izlaze i zalaze, a svaki dan izlazak i zalazak svake zvijezde događa se 4 minute ranije nego prethodnog dana. Neke zvijezde i sazviježđa izlaze na nebu noću zimsko vrijeme– mi ih zovemo “zimske”, a drugi “ljetne”.

Dakle, izgled nebeske sfere određuju tri vremena: doba dana povezano s rotacijom Zemlje; doba godine povezano s revolucijom oko Sunca; epoha povezana s precesijom (iako je potonji učinak jedva primjetan "okom" čak i nakon 100 godina).

Koordinatni sustavi.

postojati razne načine za označavanje položaja objekata na nebeskoj sferi. Svaki od njih prikladan je za određenu vrstu zadatka.

Alt-azimutni sustav.

Za označavanje položaja objekta na nebu u odnosu na zemaljske objekte koji okružuju promatrača koristi se "alt-azimut" ili "horizontalni" koordinatni sustav. Označava kutnu udaljenost objekta iznad horizonta, nazvanu "visina", kao i njegov "azimut" - kutnu udaljenost duž horizonta od konvencionalne točke do točke koja leži neposredno ispod objekta. U astronomiji se azimut mjeri od točke jug prema zapadu, au geodeziji i navigaciji - od točke sjever prema istoku. Stoga, prije korištenja azimuta, morate saznati u kojem je sustavu naznačen. Točka na nebu neposredno iznad vaše glave ima visinu od 90° i naziva se "zenit", a točka dijametralno suprotna od nje (ispod vaših stopala) naziva se "nadir". Za mnoge probleme važan je veliki krug nebeske sfere, nazvan “nebeski meridijan”; prolazi kroz zenit, nadir i polove svijeta, te prelazi horizont na točkama sjevera i juga.

Ekvatorijalni sustav.

Zbog rotacije Zemlje, zvijezde se stalno kreću u odnosu na horizont i kardinalne točke, a njihove koordinate u horizontalni sustav promijeniti. Ali za neke astronomske probleme koordinatni sustav mora biti neovisan o položaju promatrača i dobu dana. Takav sustav naziva se "ekvatorijalni"; njegove koordinate nalikuju geografskim širinama i dužinama. U njemu ravnina zemljinog ekvatora, proširena do sjecišta s nebeskom sferom, definira glavni krug - "nebeski ekvator". "Deklinacija" zvijezde nalikuje geografskoj širini i mjeri se njezinom kutnom udaljenosti sjeverno ili južno od nebeskog ekvatora. Ako je zvijezda vidljiva točno u zenitu, tada je širina mjesta promatranja jednaka deklinaciji zvijezde. Zemljopisna dužina odgovara "rektascenziji" zvijezde. Mjeri se istočno od točke sjecišta ekliptike s nebeskim ekvatorom, koju Sunce prolazi u ožujku, na dan početka proljeća na sjevernoj hemisferi i jeseni na južnoj. Ova točka, važna za astronomiju, naziva se “prva točka Ovna” ili “točka proljetnog ekvinocija” i označava se znakom . Vrijednosti rektascenzije obično se daju u satima i minutama, uzimajući u obzir da je 24 sata jednako 360°.

Pri promatranju teleskopima koristi se ekvatorijalni sustav. Teleskop je postavljen tako da se može okretati od istoka prema zapadu oko osi usmjerene prema nebeskom polu, kompenzirajući tako rotaciju Zemlje.

Ostali sustavi.

U neke svrhe koriste se i drugi koordinatni sustavi na nebeskoj sferi. Na primjer, kada proučavaju kretanje tijela u Sunčevom sustavu, koriste se koordinatnim sustavom čija je glavna ravnina ravnina zemljine putanje. Struktura Galaksije proučava se u koordinatnom sustavu, čija je glavna ravnina ekvatorijalna ravnina Galaksije, predstavljena na nebu kružnicom koja prolazi duž Mliječnog puta.

Usporedba koordinatnih sustava.

Najvažniji detalji horizontalnog i ekvatorijalnog sustava prikazani su na slikama. U tablici su ti sustavi uspoređeni s geografskim koordinatnim sustavom.

Prijelaz iz jednog sustava u drugi.

Često postoji potreba za izračunavanjem ekvatorijalnih koordinata iz alt-azimutalnih koordinata zvijezde i obrnuto. Za to je potrebno znati trenutak opažanja i položaj promatrača na Zemlji. Matematički, problem se rješava pomoću sfernog trokuta s vrhovima u zenitu, sjevernom nebeskom polu i zvijezdi X; naziva se "astronomski trokut".

Kut s vrhom na sjevernom nebeskom polu između meridijana promatrača i pravca na neku točku na nebeskoj sferi naziva se "satni kut" ove točke; mjeri se zapadno od meridijana. Satni kut proljetnog ekvinocija, izražen u satima, minutama i sekundama, naziva se "sideričko vrijeme" (si. T. - sideralno vrijeme) na točki promatranja. A budući da je rektascenzija zvijezde ujedno i polarni kut između smjera prema njoj i točke proljetnog ekvinocija, zvjezdano je vrijeme jednako rektascenziji svih točaka koje leže na meridijanu promatrača.

Dakle, satni kut bilo koje točke na nebeskoj sferi jednak je razlici između zvjezdanog vremena i njegove rektascenzije:

Neka je zemljopisna širina promatrača j. Ako su zadane ekvatorijalne koordinate zvijezde a I d, zatim njegove horizontalne koordinate A I može se izračunati pomoću sljedećih formula:

Možete riješiti i obrnuti problem: korištenjem izmjerenih vrijednosti A I h, znajući vrijeme, izračunati a I d. Deklinacija d izračunato izravno iz posljednje formule, zatim izračunato iz pretposljednje N, a iz prve se, ako je poznato zvjezdano vrijeme, računa a.

Prikaz nebeske sfere.

Stoljećima su znanstvenici tragali najbolji načini prikaze nebeske sfere za njezino proučavanje ili demonstraciju. Predložene su dvije vrste modela: dvodimenzionalni i trodimenzionalni.

Nebeska sfera može se prikazati na ravnini na isti način kao što se sferna Zemlja prikazuje na kartama. U oba slučaja potrebno je odabrati sustav geometrijske projekcije. Prvi pokušaj prikazivanja dijelova nebeske sfere na ravnini bio je pećinski crteži zvjezdane konfiguracije u pećinama starih ljudi. Danas postoje razne zvjezdane karte, izdane u obliku ručno crtanih ili fotografskih zvjezdanih atlasa koji pokrivaju cijelo nebo.

Drevni kineski i grčki astronomi konceptualizirali su nebesku sferu u modelu poznatom kao "armilarna sfera". Sastoji se od metalnih krugova ili prstenova spojenih tako da prikazuju najvažnije krugove nebeske sfere. Danas se često koriste zvjezdani globusi na kojima su označeni položaji zvijezda i glavne kružnice nebeske sfere. Armilarne sfere i globusi imaju zajedničku manu: položaji zvijezda i oznake krugova označeni su na njihovoj vanjskoj, konveksnoj strani, koju gledamo izvana, dok nebo gledamo "iznutra", a zvijezde nam se čine smještene na konkavnoj strani nebeske sfere. To ponekad dovodi do zabune u smjerovima kretanja zvijezda i likova zviježđa.

Najrealniji prikaz nebeske sfere daje planetarij. Optička projekcija zvijezda na hemisferni zaslon iznutra omogućuje vam vrlo preciznu reprodukciju izgleda neba i svih vrsta kretanja svjetiljki na njemu.

Pomoćna nebeska sfera

Koordinatni sustavi koji se koriste u geodetskoj astronomiji

Zemljopisne širine i dužine točaka na zemljinoj površini i direkcioni azimuti određuju se iz promatranja nebeskih tijela – Sunca i zvijezda. Da biste to učinili, morate znati položaj svjetiljki u odnosu na Zemlju i jedni prema drugima. Položaji svjetiljki mogu se odrediti u odgovarajuće odabranim koordinatnim sustavima. Kao što je poznato iz analitičke geometrije, za određivanje položaja zvijezde s, možete koristiti pravokutni Kartezijev koordinatni sustav XYZ ili polarni a,b, R (slika 1).

U pravokutnom koordinatnom sustavu položaj svjetiljke s određen je s tri linearne koordinate X, Y, Z. U polarnom koordinatnom sustavu položaj svjetiljke s dan je jednom linearnom koordinatom, radijus vektorom R = Os i dvjema kutnim: kutom a između X osi i projekcijom radijus vektora na koordinatnu ravninu XOY, a kut b između koordinatne ravnine XOY i radijus vektora R. Odnos između pravokutnih i polarnih koordinata opisuje se formulama

X = R cos b cos a,

Y = R cos b grijeh a,

Z = R grijeh b,

gdje je R= .

Ovi sustavi se koriste u slučajevima kada su poznate linearne udaljenosti R = Os do nebeskih tijela (npr. za Sunce, Mjesec, planete, umjetni sateliti Zemlja). Međutim, za mnoge svjetiljke promatrane izvan Sunčev sustav, te su udaljenosti ili iznimno velike u usporedbi s polumjerom Zemlje ili nepoznate. Kako bi se pojednostavilo rješavanje astronomskih problema i izbjegle udaljenosti do svjetlih tijela, vjeruje se da su sva svjetlila na proizvoljnoj, ali jednakoj udaljenosti od promatrača. Obično se ta udaljenost uzima jednakom jedinici, zbog čega se položaj svjetiljki u prostoru može odrediti ne s tri, već s dvije kutne koordinate a i b polarnog sustava. Poznato je da je geometrijsko mjesto točaka jednako udaljenih od dane točke "O" kugla sa središtem u ovoj točki.

Pomoćna nebeska sfera – zamišljena kugla proizvoljnog ili jediničnog radijusa na koju se projiciraju slike nebeskih tijela (slika 2). Položaj bilo kojeg svjetlećeg tijela s na nebeskoj sferi određuje se pomoću dviju sfernih koordinata, a i b:

x = cos b cos a,

y= cos b grijeh a,

z = grijeh b.

Ovisno o tome gdje se nalazi centar nebeske sfere O, postoje:

1)topocentričan nebeska sfera - središte je na površini Zemlje;

2)geocentrični nebeska sfera - središte se poklapa sa središtem mase Zemlje;

3)heliocentrični nebeska sfera - centar je poravnat sa središtem Sunca;

4) baricentričan nebeska sfera - centar se nalazi u težištu Sunčevog sustava.

Glavne kružnice, točke i linije nebeske sfere prikazane su na sl. 3.

Jedan od glavnih pravaca u odnosu na Zemljinu površinu je pravac visak, ili gravitacije na točki promatranja. Ovaj pravac siječe nebesku sferu u dvije dijametralno suprotne točke - Z i Z". Točka Z nalazi se iznad središta i naziva se zenit, Z" – ispod središta i tzv nadir.

Povucimo ravninu kroz središte okomito na visak ZZ". Velika kružnica NESW koju čini ta ravnina zove se nebeski (pravi) ili astronomski horizont. Ovo je glavna ravnina topocentričnog koordinatnog sustava. Na njemu su četiri točke S, W, N, E, gdje je S točka juga, N- Sjeverna točka,W- West point,E- točka Istoka. Izravni NS se zove podnevna linija.

Pravac P N P S povučen središtem nebeske sfere paralelno s osi rotacije Zemlje naziva se axis mundi. Bodovi P N - sjeverni nebeski pol; P S - južni nebeski pol. Vidljivo dnevno kretanje nebeske sfere događa se oko osi svijeta.

Povucimo ravninu kroz središte okomito na svjetsku os P N P S . Veliki krug QWQ"E nastao kao rezultat presjeka ove ravnine s nebeskom sferom naziva se nebeski (astronomski) ekvator. Ovdje je Q najviša točka ekvatora(iznad horizonta), Q"- najniža točka ekvatora(ispod horizonta). Nebeski ekvator i nebeski horizont sijeku se u točkama W i E.

Ravnina P N ZQSP S Z"Q"N koja sadrži visak i os svijeta naziva se pravi (nebeski) ili astronomski meridijan. Ta je ravnina paralelna s ravninom zemljinog meridijana i okomita na ravninu horizonta i ekvatora. Zove se početna koordinatna ravnina.

Povucimo okomitu ravninu kroz ZZ" okomitu na nebeski meridijan. Rezultirajuća kružnica ZWZ"E zove se prva vertikala.

Velika kružnica ZsZ", po kojoj uspravna ravnina koja prolazi kroz svjetiljku s siječe nebesku sferu, zove se vertikala ili krug visina svjetiljke.

Velika kružnica P N sP S koja prolazi kroz zvijezdu okomito na nebeski ekvator naziva se oko deklinacije svjetiljke.

Mali krug nsn" koji prolazi kroz svjetiljku paralelno s nebeskim ekvatorom naziva se dnevna paralela. Prividno dnevno kretanje svjetlećih tijela događa se duž dnevnih paralela.

Mali krug "asa", koji prolazi kroz svjetiljku paralelno s nebeskim horizontom, naziva se krug jednakih visina, ili almukantarat.

U prvoj aproksimaciji, Zemljina putanja se može uzeti kao ravna krivulja - elipsa, u čijem se jednom od žarišta nalazi Sunce. Ravnina elipse uzeta kao Zemljina orbita , zove avion ekliptika.

U sfernoj astronomiji uobičajeno je govoriti o prividno godišnje kretanje Sunca. Veliki krug EgE"d, po kojemu se tijekom godine događa vidljivo kretanje Sunca, naziva se ekliptika. Ravnina ekliptike nagnuta je prema ravnini nebeskog ekvatora pod kutom približno jednakim 23,5 0. Na sl. 4 prikazano:

g – točka proljetnog ekvinocija;

d – točka jesenskog ekvinocija;

E – točka ljetnog solsticija; E" – točka zimskog solsticija; R N R S – os ekliptike; R N – sjeverni pol ekliptike; R S – južni pol ekliptike; e – nagib ekliptike prema ekvatoru.

Proizvoljni radijus na koji se projiciraju nebeska tijela: koristi se za rješavanje raznih astrometrijskih problema. Za središte nebeske sfere uzima se oko promatrača; u ovom slučaju promatrač se može nalaziti i na površini Zemlje i na drugim točkama u svemiru (na primjer, može se uputiti u središte Zemlje). Za zemaljskog promatrača rotacija nebeske sfere reproducira dnevno kretanje svjetiljki na nebu.

Svako nebesko tijelo odgovara točki na nebeskoj sferi u kojoj ga siječe ravna crta koja spaja središte sfere sa središtem tijela. Pri proučavanju položaja i prividnih kretanja svjetiljki na nebeskoj sferi odabire se jedan ili drugi sustav sfernih koordinata. Proračuni položaja svjetiljki na nebeskoj sferi rade se pomoću nebeske mehanike i sferne trigonometrije i čine predmet sferne astronomije.

Priča

Ideja o nebeskoj sferi nastala je u davna vremena; temeljio se na vizualnom dojmu o postojanju kupolastog nebeskog svoda. Taj dojam je posljedica činjenice da, zbog ogromne udaljenosti nebeskih tijela, ljudsko oko nije u stanju uočiti razlike u udaljenostima do njih, te se ona čine jednako udaljenima. Među starim narodima to se povezivalo s prisutnošću stvarne sfere koja je omeđivala cijeli svijet i na svojoj površini nosila brojne zvijezde. Stoga je, prema njihovom mišljenju, nebeska sfera bila najvažniji element svemira. S razvojem znanstveno znanje nestao je takav pogled na nebesku sferu. Međutim, geometrija nebeske sfere, postavljena u antičko doba, kao rezultat razvoja i poboljšanja, dobila je suvremeni oblik, u kojem se koristi u astrometriji.

Elementi nebeske sfere

Visak i srodni pojmovi

Visak(ili vertikalna linija) - ravna crta koja prolazi središtem nebeske sfere i podudara se sa smjerom viska na mjestu promatranja. Visak siječe površinu nebeske sfere u dvije točke - zenit iznad glave promatrača i nadir pod nogama promatrača.

Pravi (matematički ili astronomski) horizont- veliki krug nebeske sfere, čija je ravnina okomita na visak. Pravi horizont dijeli površinu nebeske sfere na dvije polutke: vidljiva hemisfera s vrhom u zenitu i nevidljiva hemisfera s vrhom u najnižem položaju. Pravi horizont se ne poklapa s vidljivim horizontom zbog nadmorske visine točke promatranja iznad Zemljina površina, a također i zbog savijanja svjetlosnih zraka u atmosferi.

visinski krug, ili okomito, luminar - veliki polukrug nebeske sfere koji prolazi kroz luminar, zenit i nadir. Almucantarat(arapski "krug jednakih visina") - mali krug nebeske sfere, čija je ravnina paralelna s ravninom matematičkog horizonta. Visinski krugovi i almukantarati čine koordinatnu mrežu koja određuje vodoravne koordinate svjetiljke.

Dnevna rotacija nebeske sfere i srodni pojmovi

axis mundi- zamišljena linija koja prolazi kroz središte svijeta, oko koje se okreće nebeska sfera. Os svijeta siječe se s površinom nebeske sfere u dvije točke - sjevernog pola svijeta I južni pol svijeta. Rotacija nebeske sfere događa se u smjeru suprotnom od kazaljke na satu oko sjevernog pola gledajući nebesku sferu iznutra.

Nebeski ekvator- velika kružnica nebeske sfere, čija je ravnina okomita na svjetsku os i prolazi središtem nebeske sfere. Nebeski ekvator dijeli nebesku sferu na dvije polutke: sjeverni I južni.

Deklinacijski krug svjetiljke- veliki krug nebeske sfere koji prolazi kroz polove svijeta i određenog svjetiljke.

Dnevna paralela- mala kružnica nebeske sfere, čija je ravnina paralelna s ravninom nebeskog ekvatora. Vidljiva dnevna kretanja svjetlećih tijela odvijaju se duž dnevnih paralela. Deklinacijske kružnice i dnevne paralele tvore koordinatnu mrežu na nebeskoj sferi koja određuje ekvatorijalne koordinate zvijezde.

Pojmovi rođeni na raskrižju pojmova "Visak" i "Rotacija nebeske sfere"

Nebeski ekvator siječe matematički horizont u točka istoka I točka zapad. Istočna točka je ona u kojoj točke rotirajuće nebeske sfere izlaze iz horizonta. Visinski polukrug koji prolazi kroz istočnu točku naziva se prva vertikala.

Nebeski meridijan- veliki krug nebeske sfere, čija ravnina prolazi kroz visak i os svijeta. Nebeski meridijan dijeli površinu nebeske sfere na dvije polutke: istočna polutka I Zapadna polutka.

Podnevna linija- linija presjeka ravnine nebeskog meridijana i ravnine matematičkog horizonta. Linija podneva i nebeski meridijan sijeku matematički horizont u dvije točke: sjeverna točka I točka jug. Sjeverna točka je ona koja je bliža sjevernom polu svijeta.

Godišnje kretanje Sunca po nebeskoj sferi i srodni pojmovi

Ekliptika- velika kružnica nebeske sfere po kojoj se događa vidljivo godišnje kretanje Sunca. Ravnina ekliptike siječe ravninu nebeskog ekvatora pod kutom ε = 23°26".

Dvije točke u kojima ekliptika siječe nebeski ekvator nazivaju se ekvinociji. U proljetna ravnodnevica Sunce se u svom godišnjem kretanju kreće s južne hemisfere nebeske sfere na sjevernu; V jesenja ravnodnevnica- od sjeverna hemisfera prema jugu. Pravac koji prolazi kroz te dvije točke naziva se linija ekvinocija. Dvije točke ekliptike, udaljene 90° od ekvinocija i time najudaljenije od nebeskog ekvatora, nazivaju se točkama solsticija. Točka ljetnog solsticija nalazi se na sjevernoj hemisferi, točka zimskog solsticija- V Južna polutka. Ove četiri točke označene su odgovarajućim simbolima zodijaka

§ 48. Nebeska sfera. Osnovne točke, pravci i kružnice na nebeskoj sferi

Razmotrimo glavne točke i kružnice nebeske sfere, čije se središte uzima kao oko promatrača (slika 72). Povucimo visak kroz središte nebeske sfere. Točke presjeka viska sa sferom nazivaju se zenit Z i nadir n.

Riža. 72.

Pravac koji prolazi središtem nebeske sfere paralelno sa Zemljinom osi naziva se mundi os. Točke presjeka svjetske osi s nebeskom sferom nazivaju se polovi svijeta. Jedan od polova, koji odgovara polovima Zemlje, naziva se sjeverni nebeski pol i označava se Pn, a drugi je južni nebeski pol Ps.

Ravnina QQ koja prolazi središtem nebeske sfere okomito na os svijeta naziva se ravnina nebeskog ekvatora. Ova ravnina, sijekući se s nebeskom sferom, tvori veliki krug - nebeski ekvator, koji dijeli nebesku sferu na sjeverni i južni dio.

Veliki krug nebeske sfere koji prolazi kroz nebeske polove, zenit i nadir, naziva se meridijan promatrača PN nPsZ. Mundi os dijeli meridijan promatrača na podnevni PN ZPs i ponoćni PN nPs dio.

Meridijan promatrača siječe se s pravim horizontom u dvije točke: sjevernoj točki N i južnoj točki S. Pravac koji spaja točke sjevera i juga naziva se podnevni red.

Ako gledate od središta sfere do točke N, tada će s desne strane biti točka istočne O st, a s lijeve strane - točka zapadne W. Mali krugovi nebeske sfere aa", paralelni s ravnina pravog horizonta, nazivaju se almukantarati; mali bb" paralelan s ravninom nebeskog ekvatora, - nebeske paralele.

Kružnice nebeske sfere Zon koje prolaze kroz točke zenita i nadira nazivaju se vertikale. Okomica koja prolazi točkama istoka i zapada naziva se prva okomica.

Krugovi nebeske sfere PNoP-ova koji prolaze kroz nebeske polove nazivaju se deklinacijski krugovi.

Meridijan promatrača je i vertikala i kružnica deklinacije. Dijeli nebesku sferu na dva dijela – istočni i zapadni.

Nebeski pol koji se nalazi iznad horizonta (ispod horizonta) naziva se uzdignuti (spušteni) nebeski pol. Naziv uzvišenog nebeskog pola uvijek je isti kao naziv geografske širine mjesta.

Os svijeta zatvara s ravninom pravog horizonta kut jednak geografska širina mjesta.

Položaj svjetiljki na nebeskoj sferi određuje se pomoću sfernih koordinatnih sustava. U nautičkoj astronomiji koriste se horizontalni i ekvatorijalni koordinatni sustavi.