Laboratórna práca „Základné prvky nebeskej sféry. Prednáška o astronómii - Nebeská sféra, jej hlavné body

Nebeská sféra je imaginárna sféra s ľubovoľným polomerom, ktorá sa používa v astronómii na opis relatívnych polôh svietidiel na oblohe. Pre jednoduchosť výpočtov sa jeho polomer rovná jednote; Stred nebeskej sféry sa v závislosti od riešeného problému spája so zrenicou pozorovateľa, so stredom Zeme, Mesiaca, Slnka alebo dokonca s ľubovoľným bodom v priestore.

Myšlienka nebeskej sféry vznikla v staroveku. Vychádzal z vizuálneho dojmu existencie krištáľovej kupoly oblohy, na ktorej akoby boli upevnené hviezdy. Nebeská sféra v predstavách starých národov bola najdôležitejším prvkom Vesmír. S rozvojom astronómie sa tento pohľad na nebeskú sféru vytratil. Geometria nebeskej sféry, stanovená v staroveku, však v dôsledku vývoja a zlepšovania dostala moderný vzhľad, v ktorom sa pre pohodlie rôznych výpočtov používa v astrometrii.

Uvažujme nebeskú sféru tak, ako sa javí pozorovateľovi v stredných zemepisných šírkach od povrchu Zeme (obr. 1).

Dve priamky, ktorých polohu možno experimentálne určiť pomocou fyzikálnych a astronomických prístrojov, hrajú dôležitú úlohu pri definovaní pojmov súvisiacich s nebeskou sférou. Prvým z nich je olovnica; Ide o priamku, ktorá sa v danom bode zhoduje so smerom gravitácie. Táto čiara, vedená stredom nebeskej sféry, ju pretína v dvoch diametrálne opačných bodoch: horný sa nazýva zenit, dolný sa nazýva nadir. Rovina prechádzajúca stredom nebeskej sféry kolmá na olovnicu sa nazýva rovina matematického (alebo skutočného) horizontu. Priesečník tejto roviny s nebeskou sférou sa nazýva horizont.

Druhá priamka je os sveta - priamka prechádzajúca stredom nebeskej sféry rovnobežná s osou rotácie Zeme; Je viditeľná denná rotácia celej oblohy okolo svetovej osi. Priesečníky osi sveta s nebeskou sférou sa nazývajú severný a južný pól sveta. Najvýraznejšia z hviezd v blízkosti severného pólu je Polárka. V blízkosti južného pólu sveta nie sú žiadne jasné hviezdy.

Rovina prechádzajúca stredom nebeskej sféry kolmo na os sveta sa nazýva rovina nebeského rovníka. Priesečník tejto roviny s nebeskou sférou sa nazýva nebeský rovník.

Pripomeňme si, že kružnica, ktorá sa získa, keď nebeskú sféru pretína rovina prechádzajúca jej stredom, sa v matematike nazýva veľká kružnica, a ak rovina neprechádza stredom, získa sa malá kružnica. Horizont a nebeský rovník predstavujú veľké kruhy nebeskej sféry a rozdeľujú ju na dve rovnaké pologule. Horizont rozdeľuje nebeskú sféru na viditeľnú a neviditeľnú hemisféru. Nebeský rovník ho rozdeľuje na severnú a južnú pologuľu, resp.

Počas dennej rotácie oblohy sa svietidlá otáčajú okolo osi sveta a opisujú malé kruhy na nebeskej sfére, nazývané denné rovnobežky; svietidlá, vzdialené 90° od svetových pólov, sa pohybujú po veľkom kruhu nebeskej sféry – nebeskom rovníku.

Po definovaní olovnice a osi sveta nie je ťažké definovať všetky ostatné roviny a kruhy nebeskej sféry.

Rovina prechádzajúca stredom nebeskej sféry, v ktorej súčasne ležia olovnica aj os sveta, sa nazýva rovina nebeského poludníka. Veľký kruh z priesečníka tejto roviny s nebeskou sférou sa nazýva nebeský poludník. Ten jeden z priesečníkov nebeského poludníka s horizontom, ktorý je bližšie k severnému pólu sveta, sa nazýva severný bod; diametrálne opačný - bod juhu. Priamka prechádzajúca týmito bodmi je poludňajšia čiara.

Body na horizonte, ktoré sú 90° od severného a južného bodu, sa nazývajú východné a západné body. Tieto štyri body sa nazývajú hlavné body horizontu.

Roviny prechádzajúce olovnicou pretínajú nebeskú sféru vo veľkých kruhoch a nazývajú sa vertikály. Nebeský poludník je jednou z vertikál. Vertikala kolmá na poludník a prechádzajúca bodmi východu a západu sa nazýva prvá vertikála.

Podľa definície sú tri hlavné roviny – matematický horizont, nebeský poludník a prvá vertikála – navzájom kolmé. Rovina nebeského rovníka je kolmá iba na rovinu nebeského poludníka a tvorí s rovinou horizontu dihedrálny uhol. Na geografických póloch Zeme sa rovina nebeského rovníka zhoduje s rovinou horizontu a na rovníku Zeme sa stáva na ňu kolmou. V prvom prípade sa na geografických póloch Zeme os sveta zhoduje s olovnicou a ktorúkoľvek z vertikál možno považovať za nebeský poludník v závislosti od podmienok danej úlohy. V druhom prípade, na rovníku, os sveta leží v rovine horizontu a zhoduje sa s poludňajšou čiarou; Severný pól sveta sa zhoduje so severným bodom a južný pól sveta sa zhoduje s južným bodom (pozri obrázok).

Pri použití nebeskej sféry, ktorej stred sa zhoduje so stredom Zeme alebo nejakým iným bodom vo vesmíre, vzniká aj množstvo znakov, ale princíp zavádzania základných pojmov - horizont, nebeský poludník, prvá vertikála, nebeský rovník, atď - zostáva rovnaký.

Hlavné roviny a kruhy nebeskej sféry sa používajú pri zavádzaní horizontálnych, rovníkových a ekliptických nebeských súradníc, ako aj pri opise znakov zdanlivej dennej rotácie svietidiel.

Veľký kruh, ktorý vznikol, keď nebeskú sféru pretína rovina prechádzajúca jej stredom a rovnobežná s rovinou zemskej obežnej dráhy, sa nazýva ekliptika. Viditeľný ročný pohyb Slnka nastáva pozdĺž ekliptiky. Priesečník ekliptiky s nebeským rovníkom, v ktorom Slnko prechádza z južnej pologule nebeskej sféry na severnú, sa nazýva bod jarnej rovnodennosti. Opačný bod nebeskej sféry sa nazýva jesenná rovnodennosť. Priama čiara prechádzajúca stredom nebeskej sféry kolmá na rovinu ekliptiky pretína sféru na dvoch póloch ekliptiky: severnom póle na severnej pologuli a južnom póle na južnej pologuli.

Obsah článku

NEBESKÚ SFÉRU. Keď pozorujeme oblohu, všetky astronomické objekty sa zdajú byť umiestnené na povrchu v tvare kupole, v strede ktorého sa nachádza pozorovateľ. Táto pomyselná kupola tvorí hornú polovicu pomyselnej gule nazývanej „nebeská sféra“. Hrá zásadnú úlohu pri určovaní polohy astronomických objektov.

Hoci sa Mesiac, planéty, Slnko a hviezdy nachádzajú v rôznych vzdialenostiach od nás, aj tie najbližšie sú tak ďaleko, že nedokážeme odhadnúť ich vzdialenosť okom. Smer k hviezde sa pri pohybe po povrchu Zeme nemení. (Je pravda, že sa mierne mení, keď sa Zem pohybuje po svojej obežnej dráhe, ale tento posun paralaxy možno zaznamenať iba pomocou najpresnejších prístrojov.)

Zdá sa nám, že nebeská sféra sa otáča, pretože svietidlá vychádzajú na východe a zapadajú na západe. Dôvodom je rotácia Zeme zo západu na východ. Zdanlivá rotácia nebeskej sféry nastáva okolo imaginárnej osi, ktorá pokračuje v zemskej osi rotácie. Táto os pretína nebeskú sféru v dvoch bodoch nazývaných severný a južný „nebeský pól“. Nebeský severný pól leží asi jeden stupeň od Polárky a v blízkosti južného pólu nie sú žiadne jasné hviezdy.

Rotačná os Zeme je naklonená približne o 23,5° vzhľadom na kolmicu na rovinu obežnej dráhy Zeme (k rovine ekliptiky). Priesečník tejto roviny s nebeskou sférou dáva kružnicu - ekliptiku, zdanlivú dráhu Slnka za rok. Orientácia zemskej osi v priestore zostáva takmer nezmenená. Preto každý rok v júni, keď je severný koniec osi naklonený k Slnku, stúpa vysoko na oblohu na severnej pologuli, kde sú dni dlhé a noci krátke. Po presune na opačnú stranu obežnej dráhy v decembri sa ukázalo, že Zem je otočená smerom k Slnku južnou pologuľou a na našom severe sú dni krátke a noci dlhé.

Vplyvom slnečnej a lunárnej gravitácie sa však orientácia zemskej osi postupne mení. Hlavný pohyb osi spôsobený vplyvom Slnka a Mesiaca na rovníkové vydutie Zeme sa nazýva precesia. V dôsledku precesie sa zemská os pomaly otáča okolo kolmice na obežnú rovinu a opisuje kužeľ s polomerom 23,5° počas 26 tisíc rokov. Z tohto dôvodu po niekoľkých storočiach už pól nebude blízko Polárky. Zemská os navyše prechádza malými osciláciami nazývanými nutácia, ktoré súvisia s eliptickosťou obežných dráh Zeme a Mesiaca, ako aj s tým, že rovina obežnej dráhy Mesiaca je mierne naklonená k rovine obežnej dráhy Zeme. obežná dráha.

Ako už vieme, vzhľad nebeskej sféry sa počas noci mení v dôsledku rotácie Zeme okolo svojej osi. Ale aj keď budete oblohu pozorovať počas celého roka v rovnakom čase, jej vzhľad sa zmení v dôsledku zemskej revolúcie okolo Slnka. Na úplný 360° obeh potrebuje Zem cca. 365 1/4 dňa – približne jeden stupeň za deň. Mimochodom, deň, alebo presnejšie slnečný deň, je čas, počas ktorého sa Zem otočí okolo svojej osi vo vzťahu k Slnku raz. Pozostáva z času potrebného na rotáciu Zeme vzhľadom na hviezdy („hviezdny deň“) a krátkeho času – asi štyri minúty – potrebného na rotáciu na kompenzáciu orbitálneho pohybu Zeme o jeden stupeň za deň. Takto za rok cca. 365 1/4 slnečné dni a ok. 366 1/4 hviezdičiek.

Pri pozorovaní z určitého bodu na Zemi sú hviezdy nachádzajúce sa v blízkosti pólov buď vždy nad horizontom, alebo nad ním nikdy nevystupujú. Všetky ostatné hviezdy vychádzajú a zapadajú a každý deň vychádza a zapadá každá hviezda o 4 minúty skôr ako predchádzajúci deň. Niektoré hviezdy a súhvezdia vychádzajú na oblohu v noci zimný čas– my ich voláme „zimné“, iní zas „letné“.

Vzhľad nebeskej sféry je teda určený tromi časmi: denným časom spojeným s rotáciou Zeme; ročné obdobie spojené s revolúciou okolo Slnka; epocha spojená s precesiou (hoci posledný efekt je sotva badateľný „okom“ ani za 100 rokov).

Súradnicové systémy.

Existovať rôznymi spôsobmi na označenie polohy objektov na nebeskej sfére. Každý z nich je vhodný pre konkrétny typ úlohy.

Alt-azimut systém.

Na označenie polohy objektu na oblohe vo vzťahu k pozemským objektom obklopujúcim pozorovateľa sa používa „alt-azimut“ alebo „horizontálny“ súradnicový systém. Označuje uhlovú vzdialenosť objektu nad horizontom, nazývanú „výška“, ako aj jeho „azimut“ – uhlovú vzdialenosť pozdĺž horizontu od konvenčného bodu k bodu ležiacemu priamo pod objektom. V astronómii sa azimut meria od bodu na juh na západ av geodézii a navigácii - od bodu severu na východ. Preto pred použitím azimutu musíte zistiť, v ktorom systéme je uvedený. Bod na oblohe priamo nad vašou hlavou má výšku 90° a nazýva sa „zenit“ a bod diametrálne opačný k nemu (pod vašimi nohami) sa nazýva „nadir“. Pre mnohé problémy je dôležitý veľký kruh nebeskej sféry, nazývaný „nebeský poludník“. prechádza cez zenit, nadir a póly sveta a pretína horizont v bodoch severu a juhu.

Rovníkový systém.

V dôsledku rotácie Zeme sa hviezdy neustále pohybujú vzhľadom na horizont a svetové strany a ich súradnice v horizontálny systém zmeniť. Ale pre niektoré problémy s astronómiou musí byť súradnicový systém nezávislý od polohy pozorovateľa a dennej doby. Takýto systém sa nazýva „rovníkový“; jeho súradnice pripomínajú zemepisné šírky a dĺžky. V ňom rovina zemského rovníka, rozšírená až po priesečník s nebeskou sférou, definuje hlavný kruh - „nebeský rovník“. „Deklinácia“ hviezdy pripomína zemepisnú šírku a meria sa jej uhlovou vzdialenosťou severne alebo južne od nebeského rovníka. Ak je hviezda viditeľná presne v zenite, potom sa zemepisná šírka miesta pozorovania rovná deklinácii hviezdy. Zemepisná dĺžka zodpovedá „rektascenzu“ hviezdy. Meria sa východne od priesečníka ekliptiky s nebeským rovníkom, ktorým Slnko prechádza v marci, v deň začiatku jari na severnej pologuli a jesene na južnej. Tento bod, dôležitý pre astronómiu, sa nazýva „prvý bod Barana“ alebo „bod jarnej rovnodennosti“ a je označený znakom. Hodnoty rektascenzie sa zvyčajne uvádzajú v hodinách a minútach, pričom 24 hodín sa rovná 360°.

Rovníkový systém sa používa pri pozorovaní ďalekohľadmi. Ďalekohľad je inštalovaný tak, aby sa mohol otáčať z východu na západ okolo osi smerujúcej k nebeskému pólu, čím kompenzuje rotáciu Zeme.

Iné systémy.

Na niektoré účely sa používajú aj iné súradnicové systémy na nebeskej sfére. Napríklad pri štúdiu pohybu telies v slnečnej sústave využívajú súradnicový systém, ktorého hlavnou rovinou je rovina zemskej dráhy. Štruktúra Galaxie je študovaná v súradnicovom systéme, ktorého hlavnou rovinou je rovníková rovina Galaxie, ktorú na oblohe predstavuje kruh prechádzajúci pozdĺž Mliečnej dráhy.

Porovnanie súradnicových systémov.

Najdôležitejšie detaily horizontálneho a rovníkového systému sú znázornené na obrázkoch. V tabuľke sú tieto systémy porovnané s geografickým súradnicovým systémom.

Prechod z jedného systému do druhého.

Často je potrebné vypočítať jej rovníkové súradnice z alt-azimutálnych súradníc hviezdy a naopak. K tomu je potrebné poznať moment pozorovania a polohu pozorovateľa na Zemi. Matematicky je úloha vyriešená pomocou guľového trojuholníka s vrcholmi v zenite, severného nebeského pólu a hviezdy X; nazýva sa to "astronomický trojuholník".

Uhol s vrcholom na severnom nebeskom póle medzi poludníkom pozorovateľa a smerom k nejakému bodu na nebeskej sfére sa nazýva „hodinový uhol“ tohto bodu; meria sa západne od poludníka. Hodinový uhol jarnej rovnodennosti, vyjadrený v hodinách, minútach a sekundách, sa v bode pozorovania nazýva „hviezdny čas“ (Si. T. – hviezdny čas). A keďže rektascenzia hviezdy je zároveň polárnym uhlom medzi smerom k nej a bodom jarnej rovnodennosti, hviezdny čas sa rovná rektascencii všetkých bodov ležiacich na poludníku pozorovateľa.

Hodinový uhol ktoréhokoľvek bodu na nebeskej sfére sa teda rovná rozdielu medzi hviezdnym časom a jeho rektascenciou:

Nech je zemepisná šírka pozorovateľa j. Ak sú uvedené rovníkové súradnice hviezdy a A d, potom jeho horizontálne súradnice A A možno vypočítať pomocou nasledujúcich vzorcov:

Môžete tiež vyriešiť inverzný problém: pomocou nameraných hodnôt A A h, poznať čas, počítať a A d. Skloňovanie d vypočítané priamo z posledného vzorca, potom vypočítané z predposledného N, a z prvého, ak je známy hviezdny čas, sa počíta a.

Reprezentácia nebeskej sféry.

Po mnoho storočí vedci hľadali najlepšie spôsoby reprezentácie nebeskej sféry na jej štúdium alebo demonštráciu. Boli navrhnuté dva typy modelov: dvojrozmerný a trojrozmerný.

Nebeská sféra môže byť znázornená v rovine rovnakým spôsobom, ako je sférická Zem znázornená na mapách. V oboch prípadoch je potrebné zvoliť geometrický systém premietania. Prvý pokus znázorniť časti nebeskej sféry v rovine bol jaskynné kresby hviezdne konfigurácie v jaskyniach starovekých ľudí. V súčasnosti existujú rôzne hviezdne mapy, vydávané vo forme ručne kreslených alebo fotografických hviezdnych atlasov pokrývajúcich celú oblohu.

Starovekí čínski a grécki astronómovia konceptualizovali nebeskú sféru v modeli známom ako „armilárna sféra“. Pozostáva z kovových kruhov alebo kruhov spojených dohromady tak, aby zobrazovali najdôležitejšie kruhy nebeskej sféry. V súčasnosti sa často používajú hviezdne glóbusy, na ktorých sú vyznačené polohy hviezd a hlavných kružníc nebeskej sféry. Armilárne gule a glóbusy majú spoločnú nevýhodu: polohy hviezd a označenia kruhov sú vyznačené na ich vonkajšej, vypuklej strane, na ktorú sa pozeráme zvonku, pričom sa na oblohu pozeráme „zvnútra“, resp. hviezdy sa nám zdajú byť umiestnené na konkávnej strane nebeskej sféry. To niekedy vedie k zmätku v smeroch pohybu hviezd a postáv súhvezdí.

Najrealistickejšie zobrazenie nebeskej sféry poskytuje planetárium. Optická projekcia hviezd na pologuľovú obrazovku zvnútra umožňuje veľmi presne reprodukovať vzhľad oblohy a všetky druhy pohybov svietidiel na nej.

Pomocná nebeská sféra

Súradnicové systémy používané v geodetickej astronómii

Geografické zemepisné šírky a dĺžky bodov na zemskom povrchu a smerové azimuty sa určujú z pozorovaní nebeských telies – Slnka a hviezd. Aby ste to dosiahli, musíte poznať polohu svietidiel vo vzťahu k Zemi aj vo vzťahu k sebe navzájom. Polohy svietidiel môžu byť špecifikované vo vhodne zvolených súradnicových systémoch. Ako je známe z analytickej geometrie, na určenie polohy hviezdy s môžete použiť pravouhlý karteziánsky súradnicový systém XYZ resp. polárne a,b, R (obr. 1).

V pravouhlom súradnicovom systéme je poloha svietidla s určená tromi lineárnymi súradnicami X, Y, Z. V polárnom súradnicovom systéme je poloha svietidla s daná jednou lineárnou súradnicou, vektorom polomeru R = Os a dvoma uhlovými: uhlom a medzi osou X a priemetom vektora polomeru na rovinu súradníc XOY, a uhol b medzi rovinou súradníc XOY a vektorom polomeru R. Vzťah medzi pravouhlými a polárnymi súradnicami je popísaný vzorcami

X = R cos b cos a,

Y = R cos b hriech a,

Z = R hriech b,

kde R= .

Tieto systémy sa používajú v prípadoch, keď sú známe lineárne vzdialenosti R = Os od nebeských telies (napríklad pre Slnko, Mesiac, planéty, umelé satelity Zem). Avšak pre mnohé svietidlá pozorované mimo nej slnečná sústava, tieto vzdialenosti sú buď extrémne veľké v porovnaní s polomerom Zeme alebo neznáme. Aby sa zjednodušilo riešenie astronomických problémov a zabránilo sa vzdialenostiam od svietidiel, predpokladá sa, že všetky svietidlá sú v ľubovoľnej, ale rovnakej vzdialenosti od pozorovateľa. Zvyčajne sa táto vzdialenosť rovná jednote, v dôsledku čoho môže byť poloha svietidiel v priestore určená nie tromi, ale dvoma uhlovými súradnicami a a b polárneho systému. Je známe, že ťažisko bodov rovnako vzdialených od daného bodu „O“ je guľa so stredom v tomto bode.

Pomocná nebeská sféra - pomyselná guľa ľubovoľného alebo jednotkového polomeru, na ktorú sa premietajú obrazy nebeských telies (obr. 2). Poloha ľubovoľného svietidla s na nebeskej sfére sa určuje pomocou dvoch sférických súradníc a a b:

x = cos b cos a,

y = cos b hriech a,

z = hriech b.

V závislosti od toho, kde sa nachádza stred nebeskej sféry O, existujú:

1)topocentrický nebeská sféra - stred je na povrchu Zeme;

2)geocentrický nebeská sféra - stred sa zhoduje s ťažiskom Zeme;

3)heliocentrický nebeská sféra - stred je zarovnaný so stredom Slnka;

4) barycentrický nebeská sféra – stred sa nachádza v ťažisku slnečnej sústavy.

Hlavné kružnice, body a čiary nebeskej sféry sú znázornené na obr.3.

Jedným z hlavných smerov vzhľadom k povrchu Zeme je smer olovnica, alebo gravitácia v mieste pozorovania. Tento smer pretína nebeskú sféru v dvoch diametrálne opačných bodoch - Z a Z". Bod Z sa nachádza nad stredom a je tzv. zenit, Z“ – pod stredom a je tzv nadir.

Stredom nakreslíme rovinu kolmú na olovnicu ZZ". Veľká kružnica NESW tvorená touto rovinou sa nazýva tzv. nebeský (pravdivý) alebo astronomický horizont. Toto je hlavná rovina topocentrického súradnicového systému. Sú na ňom štyri body S, W, N, E, kde S je bod juhu, N- Severný bod,W- Západný bod,E- bod východu. Priama NS je tzv poludňajšia linka.

Priamka P N P S vedená stredom nebeskej sféry rovnobežná s osou rotácie Zeme sa nazýva tzv. axis mundi. Body P N - severný nebeský pól; P S - južný nebeský pól. Viditeľný denný pohyb nebeskej sféry nastáva okolo osi sveta.

Narysujme rovinu cez stred kolmú na os sveta P N P S . Veľký kruh QWQ"E vytvorený ako výsledok priesečníka tejto roviny s nebeskou sférou sa nazýva nebeský (astronomický) rovník. Tu je Q najvyšší bod rovníka(nad horizontom), Q"- najnižší bod rovníka(pod horizontom). Nebeský rovník a nebeský horizont sa pretínajú v bodoch W a E.

Rovina P N ZQSP S Z"Q"N, obsahujúca olovnicu a os sveta, je tzv. pravý (nebeský) alebo astronomický poludník. Táto rovina je rovnobežná s rovinou zemského poludníka a kolmá na rovinu horizontu a rovníka. Nazýva sa počiatočná súradnicová rovina.

Nakreslíme vertikálnu rovinu cez ZZ" kolmú na nebeský poludník. Výsledná kružnica ZWZ"E sa nazýva prvá vertikála.

Veľký kruh ZsZ, pozdĺž ktorého vertikálna rovina prechádzajúca svietidlom s pretína nebeskú sféru, sa nazýva vertikála alebo kruh výšok svietidla.

Veľký kruh P N sP S prechádzajúci hviezdou kolmo na nebeský rovník sa nazýva okolo deklinácie svietidla.

Malý kruh nsn" prechádzajúci svietidlom rovnobežným s nebeským rovníkom sa nazýva denná paralela. Zdanlivý denný pohyb svietidiel nastáva pozdĺž denných rovnobežiek.

Nazýva sa malý kruh „asa“, ktorý prechádza cez svietidlo rovnobežne s nebeským horizontom kruh rovnakej výšky, alebo almukantarát.

Pri prvej aproximácii možno obežnú dráhu Zeme chápať ako plochú krivku – elipsu, v jednom z ohniskov, v ktorom sa nachádza Slnko. Rovina elipsy považovaná za obežnú dráhu Zeme , nazývané lietadlo ekliptika.

V sférickej astronómii je zvykom hovoriť zjavný ročný pohyb Slnka. Veľký kruh EgE"d, pozdĺž ktorého dochádza počas roka k viditeľnému pohybu Slnka, sa nazýva ekliptika. Rovina ekliptiky je naklonená k rovine nebeského rovníka pod uhlom približne rovným 23,5°. Na obr. 4 zobrazené:

g – bod jarnej rovnodennosti;

d – bod jesennej rovnodennosti;

E – bod letného slnovratu; E" – bod zimného slnovratu; RN R S – os ekliptiky; RN – severný pól ekliptiky; R S – južný pól ekliptiky; e – sklon ekliptiky k rovníku.

Ľubovoľný polomer, na ktorý sa premietajú nebeských telies: používa sa na riešenie rôznych astrometrických problémov. Oko pozorovateľa sa považuje za stred nebeskej sféry; v tomto prípade môže byť pozorovateľ umiestnený tak na povrchu Zeme, ako aj na iných miestach vo vesmíre (napríklad môže byť odkázaný na stred Zeme). Pre pozemského pozorovateľa rotácia nebeskej sféry reprodukuje denný pohyb svietidiel na oblohe.

Každé nebeské teleso zodpovedá bodu na nebeskej sfére, v ktorom ho pretína priamka spájajúca stred gule so stredom telesa. Pri štúdiu polôh a zdanlivých pohybov svietidiel na nebeskej sfére sa volí ten či onen systém sférických súradníc. Výpočty polôh svietidiel na nebeskej sfére sa robia pomocou nebeskej mechaniky a sférickej trigonometrie a sú predmetom sférickej astronómie.

Príbeh

Myšlienka nebeskej sféry vznikla v staroveku; vychádzal z vizuálneho dojmu existencie klenutej nebeskej klenby. Tento dojem je spôsobený tým, že v dôsledku obrovskej vzdialenosti nebeských telies ľudské oko nedokáže oceniť rozdiely v ich vzdialenostiach a zdá sa, že sú rovnako vzdialené. Medzi starovekými národmi to bolo spojené s prítomnosťou skutočnej gule, ktorá ohraničovala celý svet a na svojom povrchu niesla početné hviezdy. Podľa ich názoru bola nebeská sféra najdôležitejším prvkom vesmíru. S vývojom vedecké poznatky takýto pohľad na nebeskú sféru sa vytratil. Geometria nebeskej sféry, stanovená v staroveku, však v dôsledku vývoja a zdokonaľovania dostala modernú podobu, v ktorej sa používa v astrometrii.

Prvky nebeskej sféry

Olovnica a súvisiace pojmy

Olovnica(alebo vertikálna čiara) - priamka prechádzajúca stredom nebeskej sféry a zhodujúca sa so smerom olovnice v mieste pozorovania. Olovnica pretína povrch nebeskej sféry v dvoch bodoch - zenit nad hlavou pozorovateľa a nadir pod nohami pozorovateľa.

Skutočný (matematický alebo astronomický) horizont- veľká kružnica nebeskej sféry, ktorej rovina je kolmá na olovnicu. Skutočný horizont rozdeľuje povrch nebeskej sféry na dve hemisféry: viditeľná hemisféra s vrcholom na zenite a neviditeľná pologuľa s vrcholom nadir. Skutočný horizont sa nezhoduje s viditeľným horizontom kvôli nadmorskej výške pozorovacieho bodu vyššie zemského povrchu a tiež v dôsledku ohybu svetelných lúčov v atmosfére.

výškový kruh, alebo vertikálne, svietidlo - veľký polkruh nebeskej sféry prechádzajúci cez svietidlo, zenit a nadir. Almucantarat(arabský „kruh rovnakých výšok“) - malý kruh nebeskej sféry, ktorého rovina je rovnobežná s rovinou matematického horizontu. Výškové kruhy a almukantaráty tvoria súradnicovú mriežku, ktorá špecifikuje horizontálne súradnice svietidla.

Denná rotácia nebeskej sféry a súvisiace pojmy

axis mundi- pomyselná čiara prechádzajúca stredom sveta, okolo ktorej sa otáča nebeská sféra. Os sveta sa pretína s povrchom nebeskej sféry v dvoch bodoch - severný pól sveta A južný pól sveta. Rotácia nebeskej sféry nastáva proti smeru hodinových ručičiek okolo severného pólu pri pohľade na nebeskú sféru zvnútra.

Nebeský rovník- veľká kružnica nebeskej sféry, ktorej rovina je kolmá na svetovú os a prechádza stredom nebeskej sféry. Nebeský rovník rozdeľuje nebeskú sféru na dve hemisféry: severný A južná.

Deklinačný kruh svietidla- veľký kruh nebeskej sféry prechádzajúci svetovými pólmi a daným svietidlom.

Denná paralela- malý kruh nebeskej sféry, ktorého rovina je rovnobežná s rovinou nebeského rovníka. Viditeľné denné pohyby svietidiel sa vyskytujú pozdĺž denných rovnobežiek. Deklinačné kruhy a denné rovnobežky tvoria súradnicovú mriežku na nebeskej sfére, ktorá určuje rovníkové súradnice hviezdy.

Pojmy zrodené na priesečníku pojmov „Olovnica“ a „Rotácia nebeskej sféry“

Nebeský rovník pretína matematický horizont na bod východu A bod na západ. Východný bod je ten, v ktorom body rotujúcej nebeskej sféry vychádzajú z horizontu. Polkruh nadmorskej výšky prechádzajúci východným bodom je tzv prvá vertikála.

Nebeský poludník- veľký kruh nebeskej sféry, ktorého rovina prechádza olovnicou a osou sveta. Nebeský poludník rozdeľuje povrch nebeskej sféry na dve hemisféry: východnej pologuli A Západná hemisféra.

Poludňajšia linka- priesečník roviny nebeského poludníka a roviny matematického horizontu. Poludňajšia čiara a nebeský poludník pretínajú matematický horizont v dvoch bodoch: severný bod A bod na juh. Severný bod je ten, ktorý je bližšie k severnému pólu sveta.

Ročný pohyb Slnka cez nebeskú sféru a súvisiace pojmy

Ekliptika- veľký kruh nebeskej sféry, pozdĺž ktorého dochádza k viditeľnému ročnému pohybu Slnka. Rovina ekliptiky sa pretína s rovinou nebeského rovníka pod uhlom ε = 23°26".

Dva body, kde ekliptika pretína nebeský rovník, sa nazývajú rovnodennosti. IN jarná rovnodennosť Slnko sa vo svojom ročnom pohybe pohybuje z južnej pologule nebeskej sféry na severnú; V jesenná rovnodennosť- od Severná hemisféra na juh. Priamka prechádzajúca týmito dvoma bodmi sa nazýva rad rovnodenností. Dva body ekliptiky, vzdialené 90° od rovnodenností, a teda najďalej od nebeského rovníka, sa nazývajú body slnovratu. Bod letného slnovratu sa nachádza na severnej pologuli, bod zimného slnovratu- V Južná pologuľa. Tieto štyri body sú označené príslušnými symbolmi zverokruhu

§ 48. Nebeská sféra. Základné body, čiary a kružnice na nebeskej sfére

Uvažujme hlavné body a kružnice nebeskej sféry, ktorých stred sa považuje za oko pozorovateľa (obr. 72). Nakreslíme olovnicu cez stred nebeskej sféry. Priesečníky olovnice s guľou sa nazývajú zenit Z a nadir n.

Ryža. 72.

Priamka prechádzajúca stredom nebeskej sféry rovnobežná so zemskou osou sa nazýva os mundi. Priesečníky osi sveta s nebeskou sférou sa nazývajú póly sveta. Jeden z pólov zodpovedajúci pólom Zeme sa nazýva severný nebeský pól a označuje sa Pn, druhý je južný nebeský pól Ps.

Rovina QQ prechádzajúca stredom nebeskej sféry kolmo na os sveta je tzv. rovina nebeského rovníka. Táto rovina, ktorá sa pretína s nebeskou sférou, tvorí veľký kruh - nebeský rovník, ktorý rozdeľuje nebeskú sféru na severnú a južnú časť.

Veľký kruh nebeskej sféry prechádzajúci cez nebeské póly, zenit a nadir, sa nazýva poludník pozorovateľa PN nPsZ. Os mundi rozdeľuje poludník pozorovateľa na poludňajšie časti PN ZPs a polnočné časti PN nPs.

Meridián pozorovateľa sa pretína so skutočným horizontom v dvoch bodoch: severný bod N a južný bod S. Priamka spájajúca body severu a juhu sa nazýva tzv. poludňajšia linka.

Ak sa pozriete zo stredu gule na bod N, potom vpravo bude bod východu O st a vľavo - bod západu W. Malé kruhy nebeskej gule aa", rovnobežné s rovine pravého horizontu, sú tzv almukantaráty; malý bb" rovnobežný s rovinou nebeského rovníka, - nebeské paralely.

Kruhy nebeskej sféry Zon prechádzajúce zenitovým a nadirovým bodom sa nazývajú vertikály. Vertikálna čiara prechádzajúca bodmi východu a západu sa nazýva prvá vertikála.

Kruhy nebeskej sféry PNoP prechádzajúce cez nebeské póly sa nazývajú deklinačné kruhy.

Meridián pozorovateľa je vertikála aj kružnica deklinácie. Rozdeľuje nebeskú sféru na dve časti - východnú a západnú.

Nebeský pól nachádzajúci sa nad horizontom (pod horizontom) sa nazýva vyvýšený (znížený) nebeský pól. Názov vyvýšeného nebeského pólu je vždy rovnaký ako názov zemepisnej šírky miesta.

Os sveta zviera s rovinou skutočného horizontu uhol rovný zemepisná šírka miesta.

Poloha svietidiel na nebeskej sfére sa určuje pomocou sférických súradnicových systémov. V námornej astronómii sa používajú horizontálne a rovníkové súradnicové systémy.