Схема небесной сферы. Небесная сфера. Названия важнейших точек и дуг на небесной сфере
Небо полночное звезд мириадами
Взорам бессонным блестит,
Дивный венец его светит Плеядами,
Альдебараном горит.
Пышных тех звезд красоту лучезарную
Бегло мой взор миновал,
Все облетел, но, упав на Полярную,
Вдруг, как прикованный, стал.
Вижу: светил хоровод обращается -
Ты неподвижна одна.
Лик неба синего чудно меняется -
Ты неизменно верна.
Не от того ли так сердцу мечтателя
Мил твой таинственный луч?
Молви: не ты ли в деснице создателя,
Звездочка, вечности ключ?
В. Бенедиктов
Урок 3/3
Тема: Изменение вида звездного неба в течении суток
Цель: Познакомить учащихся с небесной средой и ее вращением, ориентировкой по небу. Рассмотреть горизонтальную систему координат, изменение координаты и понятие кульминации светил, перевод градусной меры в часовую и обратно.
Задачи
:
1. Обучающая
: ввести понятия: суточное движение светил; небесной сферы и горизонтальной системы координат; прецессии; заходящие, невосходящие, незаходящие светила; кульминация, продолжить формирование умения работать с ПКЗН и астрономических способах ориентирование на местности по звездам. Об астрономических методах исследований астрономических наблюдениях и измерениях и угломерных астрономических инструментах (высотомер, теодолит и т.д.). О космических явлении - вращении Земли вокруг своей оси и об ее следствиях - небесных явлениях: восходе, заходе, суточном движении и кульминациях светил (звезд).
2. Воспитывающая
: содействовать формированию навыка выявления причинно-следственных связей, о практических способах применения астрометрических знаний.
3. Развивающая
: используя проблемные ситуации, подвести учащихся к самостоятельному выводу, что вид звездного неба не остается одинаковым в течении суток, формирование вычислительных навыков в переводе градусной меры в часовую и обратно. Формирование умений: применять подвижную карту звездного неба, звездные атласы, Астрономический календарь для определения положения и условий видимости небесных светил и протекания небесных явлений; находить на небе Полярную звезду и ориентироваться по ней на местности.
Оборудование:
Ход урока:
- Повторение материала (8-10мин)
1)Анализ с/р с прошлого урока (рассмотреть задание, вызвавшие затруднение).
2)Диктант.
- Сколько всего созвездий на небе? .
- Сколько звезд можно насчитать невооруженным глазом на небе? [около 6000].
- Запишите название любого созвездия.
- Какой буквой обозначается самая яркая звезда? [α-альфа].
- В состав какого созвездия входит Полярная звезда? [М.Медведица].
- Какие виды телескопов вы знаете? [рефлектор, рефрактор, зеркально-линзовый].
- Назначение телескопа. [увеличивает угол зрения, собирает большие света].
- Назовите известные вам типы небесных тел. [планеты, спутники, кометы и т.д].
- Назовите любую, известную вам звезду.
- Специальные научно - исследовательское учреждение для наблюдений. [обсерватория].
- Чем характеризуется звезда на небе в зависимости от видимой яркости. [звездные величины].
- Светлая полоса, пересекающая небо и видимая в яркую звездную ночь.[Млечный путь].
- Как определить направление на север? [по Полярной зезде].
- Расшифруйте запись Регул (α Льва). [созвездие Льва, звезда α, Регул].
- Какая звезда ярче на небе α или β? [α].
Оценивается: “5” ≥ 14, “4” ≥ 11, “3” ≥8 ПКЗН, модель небесной сферы. Астрономический календарь. Фото околополярной области неба. Таблица перевода градусной меры в часовую. CD- "Red Shift 5.1" (видеофрагмент = Экскурсии - Звездные острова - Ориентировка на небе, Рассказы - Небесная сфера).
II. Новый материал(15 мин)
| А) Ориентировка на небе CD- "Red Shift 5.1" (видеофрагмент = Экскурсии - Звездные острова - Ориентировка на небе), хотя можно было этот раздел включить на 2-м уроке. | |||
| " Кто знает, как найти в небе Полярную звезду?". Чтобы найти Полярную звезду, нужно через звезды Большой Медведицы (первые 2 звезды "ковша") мысленно провести прямую линию и отсчитать по ней 5 расстояний между этими звездами. В этом месте рядом с прямой мы увидим звезду, почти одинаковую по яркости со звездами "ковша" - это и есть Полярная звезда (рис слева). |  |
Обзор звездного неба на 15 сентября, 21 час. Летний (летне-осенний) треугольник = звезда Вега (a Лиры, 25,3 св. лет), звезда Денеб (a Лебедя, 3230 св. лет), звезда Альтаир (a Орла, 16,8 св. лет). | |
.jpg) |
Б) Фото околополярной области неба. |
|||||||||||||||||||||||||||||||
| 1) Звезда - светлый след, за сутки круг 2) Центр близок к Полярной звезде |
суточное вращение небосвода - положение звезд относительно друг друга не меняется | |||||||||||||||||||||||||||||||
|
Наблюдаемое суточное вращение небесной сферы (с востока на запад) - кажущееся явление, отражающее действительное вращение земного шара вокруг своей оси (с запада на восток). // подсказка - суточное вращение по движению Солнца//. |
||||||||||||||||||||||||||||||||
| В действительности звезды движутся в пространстве и расстояние до них различно. Ведь если например оценить на глаз расстояние до деревьев за окном. Какое из них ближе к нам? Насколько? А теперь мысленно будем удалять эти два дерева. До 500 м человек уверенно определяет различия в расстояниях до предметов, а максимум до 2 км. А на больших расстояниях человек неосознанно пользуется другими критериями - сравнивает видимые угловые размеры, опирается на перспективу видимой картины. Следовательно, если деревья находятся в открытой местности, где больше ничего нет, то, начиная с некоторого расстояния, мы перестанем различать, какое дерево ближе (дальше) и тем более не сможем оценить расстояние между ними. Нам будет казаться с определенного момента, что деревья одинаково удалены от нас
. А на небе, когда расстояние от Земли до Луны составляет 384 400 км, до Солнца - около 150 млн. км, а до самой близкой звезды, α Центавра, - в 275 400 раз больше, чем до Солнца. Поэтому и на небе нам кажется что все светила находятся на одинаковом расстоянии. Человеческие глаза в лучшем случае могут различать расстояния лишь в пределах 2км.
Геометрическое место точек, равноудаленных от точки, являющейся центром, называется сферой. Нам кажется, что все небесные светила расположены на внутренней поверхности огромной сферы. Это впечатление усиливается ещё тем, что собственное движение звезд в силу их удаленности незаметно и суточное движение звезд происходит синхронно. Поэтому возникает кажущаяся целостность видимого суточного вращения небесной сферы. = Что является центром небесной сферы? (Глаз наблюдателя ) = Каков радиус небесной сферы? (Произвольный ) = Чем отличаются небесные сферы двух соседей по парте? (Положением центра ). = Можно ли утверждать, что эти сферы одинаковы? Сравните расстояние до соседа с радиусом небесной сферы. |
||||||||||||||||||||||||||||||||
 Для решения многих практических задач расстояния до небесных тел не играют роли, важно лишь их видимое расположение на небе. Угловые измерения не зависят от радиуса сферы. Поэтому, хотя в природе небесной сферы и не существует, но астрономы для изучения видимого расположение светил и явлений, которые можно наблюдать на небе в течении суток или многих месяцев, применяют понятие Небесная сфера
- воображаемой сферы произвольного радиуса (сколь угодно большого), в центре которой находится глаз наблюдателя.
На такую сферу и проецируются звезды, Солнце, Луна, планеты и т.д, отвлекаясь от действительных расстояний до светил и рассматривая лишь угловые расстояние между ними.
Итак:
|
||||||||||||||||||||||||||||||||
| В) Небесная сфера и горизонтальная система координат | ||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||
 РР 1 - Ось мира
= ось видимого вращения небесной сферы (параллельна оси вращение Земли)..gif) Р и Р 1 - Полюса мира (северный и южный). ZZ 1 отвесная (вертикальная) линия. Z - зенит , Z 1 - надир = точки пересечения отвесной линии с небесной сферой. Истинный горизонт - плоскость перпендикулярная отвесной линии ZZ1 и проходящая через центр О (глаз наблюдателя). Небесный меридиан - большой круг небесной сферы, проходящий через зенит Z, полюс мира Р, южный полюс мира Р", надир Z" NS - полуденная линия. N - точка севера, S - точка юга. Вертикал (круг высоты) - полукруг небесной сферы ZОМ. Небесный экватор - линия окружности, полученная от пересечения небесной сферы с плоскостью проходящая через центр небесной сферы перпендикулярно к оси мира. Итак:
Чтобы лучше представить вращение небесной сферы, посмотрите следующий фокус. Возьмем надутый воздушный шар и проколем его спицей насквозь. Теперь можно вращать шар вокруг спицы - оси.
|
||||||||||||||||||||||||||||||||
.jpg) Земля движется по орбите вокруг Солнца. Ось вращения Земли наклонена к плоскости орбиты на угол 66,5° (показать с помощью листа картона, проколанного спицей). Вследствие действия сил тяготения со стороны Луны и Солнца ось вращения Земли смещается, в то время как наклон оси к плоскости земной орбиты остается постоянным. Ось Земли как бы скользит по поверхности конуса. (то же происходит с осью у обыкновенного волчка в конце вращения). Это явление было открыто еще в 125 г. до н. э. греческим астрономом Гиппархом и названо прецессией
. Один оборот земная ось совершает за 25 776 лет - этот период называется платоническим годом
. Сейчас вблизи Р - северного полюса мира находится Полярная звезда - α М. Медведица. Дальше титул Полярной поочередно присваивался π, η и τ Геркулеса, звездам Тубан и Кохаб. Римляне вовсе не имели Полярной звезды, а Кохаб и Киносуру (α Малой Медведицы) называли Стражами. На начало нашего летоисчисление - полюс мира был вблизи α Дракона - 2000 лет назад, а α Малой Медведицы стала полярной звездой в 1100 году. В 2100 г полюс мира будет всего в 28" от Полярной звезды - сейчас в 44". В 3200г полярным станет созвездие Цефей. В 14000 г - полярной будет Вега (α Лиры). |
||||||||||||||||||||||||||||||||
| Горизонтальная система координат | ||||||||||||||||||||||||||||||||
| h - высота - угловое расстояние светила от горизонта (< МОА), измеряется в градусах, минутах, секундах; от 0 о до 90 о) А - азимут - угловое расстояние вертикала светила от точки юга (< SOА) в направлении суточного движения светила, т.е. по часовой стрелке; измеряется в градусах минутах и секундах от 0 о до 360 о). | ||||||||||||||||||||||||||||||||
| Горизонтальные координаты светила в течение суток меняется. А" Равноценная высоте→зенитное расстояние Z=90 o - h [форм 1] |
||||||||||||||||||||||||||||||||
|
||||||||||||||||||||||||||||||||
| Кульминация - явление пересечения светилом небесного меридиана. | ||||||||||||||||||||||||||||||||
 Светило М в течение суток описывает суточную параллель - малый круг небесной сферы, плоскость которого ^
оси мира и проходит через глаз наблюдателя.
М 3 - точка восхода, М 4 - точка захода, М 1 - верхняя кульминация (h max; А= 0 o), М 2 - нижняя кульминация (h min; A =180 o) По суточному движению светила делятся на: 1 - невосходящие 2 - (восходяще - заходящие ) восходящие и заходящие 3 - незаходящие . К каким относится Солнце, Луна? (2) |
||||||||||||||||||||||||||||||||
| III Закрепление материала (15 мин). | ||||||||||||||||||||||||||||||||
| А) Вопросы | ||||||||||||||||||||||||||||||||
|
||||||||||||||||||||||||||||||||
| Б) практическая работа по ПКЗН . | ||||||||||||||||||||||||||||||||
|
||||||||||||||||||||||||||||||||
| В)
1. Переведите 3 ч, 6 ч в градусную меру (3 . 15=45 0 , 90 0) 2. Переведите 45 о, 90 о в часовую меру (3 ч, 6 ч) 3. Что больше 3 ч 25 м 15 с или 51 о 18 " 15"? (При переводе получится 51 о 18 " 45", то есть в часовой значение больше) |
||||||||||||||||||||||||||||||||
| Г) Тест. Фразе из левого столбца подберите подходящее по смыслу продолжение из правого. | ||||||||||||||||||||||||||||||||
|
||||||||||||||||||||||||||||||||
| ||||||||||||||||||||||||||||||||
.jpg)
.gif)
.gif)
Небо представляется наблюдателю как сферический купол, окружающий его со всех сторон. В связи с этим еще в глубокой древности возникло понятие небесной сферы (небесного свода) и определены ее основные элементы.
Небесной сферой называется воображаемая сфера произвольного радиуса, на внутренней поверхности которой, как представляется наблюдателю, расположены небесные светила. Наблюдателю всегда кажется, что он находится в центре небесной сферы (т. на рис. 1.1).
Рис. 1.1. Основные элементы небесной сферы
Пусть наблюдатель держит в руках отвес – небольшой массивный грузик на нити. Направление этой нити называют линией отвеса . Проведем линию отвеса через центр небесной сферы. Она пересечет эту сферу в двух диаметрально противоположных точках, называемых зенитом и надиром . Зенит находится точно над головой наблюдателя, а надир скрыт земной поверхностью.
Проведём через центр небесной сферы плоскость, перпендикулярную к отвесной линии. Она пересечет сферу по большому кругу, называемому математическим или истинным горизонтом . (Напомним, что круг, образованный сечением сферы плоскостью, проходящей через центр, называется большим ; если же плоскость рассекает сферу, не проходя через ее центр, то сечение образует малый круг ). Математический горизонт параллелен видимому горизонту наблюдателя, но не совпадает с ним.
Через центр небесной сферы проведём ось, параллельную оси вращения Земли, и назовём осью мира (по латыни – Axis Mundi). Ось мира пересекает небесную сферу в двух диаметрально противоположных точках, называемых полюсами мира. Полюсов мира два – северный и южный . За северный полюс мира принимается тот, по отношению к которому суточное вращение небесной сферы, возникающее вследствие вращения Земли вокруг своей оси, происходит против часовой стрелки, если смотреть на небо изнутри небесной сферы (как мы на него и смотрим). Вблизи северного полюса мира расположена Полярная звезда – Малой Медведицы – самая яркая звезда в этом созвездии.
Вопреки распространенному мнению, Полярная не является самой яркой звездой на звездном небе. Она имеет вторую звездную величину и не относится к ярчайшим звездам. Неопытный наблюдатель вряд ли быстро отыщет ее на небе. Искать Полярную звезду по характерной фигуре ковша Малой Медведицы непросто – остальные звезды этого созвездия еще слабее, чем Полярная, и надежными ориентирами быть не могут. Найти Полярную звезду на небосводе начинающему наблюдателю легче всего, ориентируясь по звездам расположенного рядом яркого созвездия Большой Медведицы (рис. 1.2). Если мысленно соединить две крайние звездочки ковша Большой Медведицы, и , и продолжить прямую линию до пересечения с первой более-менее заметной звездой, то это и будет Полярная звезда. Расстояние на небе от звезды Большой Медведицы до Полярной примерно в пять раз превышает расстояние между звездами и Большой Медведицы.
Рис. 1.2. Околополярные созвездия Большая медведица
и Малая Медведица
Южный полюс мира отмечен на небе еле заметной звездой Сигма Октанта.
Точка математического горизонта, наиболее близкая к северному полюсу мира, называется точкой севера . Самая отдаленная от северного полюса мира точка истинного горизонта – точка юга . Она же расположена ближе всего к южному полюсу мира. Линия в плоскости математического горизонта, проходящая через центр небесной сферы и точки севера и юга , называется полуденной линией .
Через центр небесной сферы перпендикулярно к оси мира проведём плоскость. Она пересечет сферу по большому кругу, называемому небесным экватором . Небесный экватор пересекается с истинным горизонтом в двух диаметрально противоположных точках востока и запада . Небесный экватор делит небесную сферу на две половины – северное полушарие с вершиной в северном полюсе мира и южное полушарие с вершиной в южном полюсе мира . Плоскость небесного экватора параллельна плоскости земного экватора.
Точки севера , юга , запада и востока называются сторонами горизонта .
Большой круг небесной сферы, проходящий через полюса мира и , зенит и надир Na , называется небесным меридианом . Плоскость небесного меридиана совпадает с плоскостью земного меридиана наблюдателя и перпендикулярна плоскостям математического горизонта и небесного экватора. Небесный меридиан делит небесную сферу на два полушария – восточное , с вершиной в точке востока , и западное , с вершиной в точке запада . Небесный меридиан пересекает математический горизонт в точках севера и юга . На этом основаны метод ориентации по звездам на земной поверхности. Если мысленно соединить точку зенита , лежащую над головой наблюдателя, с Полярной звездой и продолжить эту линию дальше, то точка ее пересечения с горизонтом и будет точкой севера . Небесный меридиан пересекает математический горизонт по полуденной линии.
Малый круг, параллельный истинному горизонту, называется альмукантарат (по-арабски – круг равных высот). На небесной сфере можно провести сколько угодно альмукантаратов.
Малые круги, параллельные небесному экватору, называются небесными параллелями , их также можно провести бесконечно много. Суточное движение звёзд происходит вдоль небесных параллелей.
Большие круги небесной сферы, проходящие через зенит и надир , называются кругами высоты или вертикальными кругами (вертикалами) . Вертикальный круг, проходящий через точки востока и запада W , называется первым вертикалом . Плоскости вертикалов перпендикулярны математическому горизонту и альмукантаратам.
Большие круги, проходящие через полюса мира и , называются часовыми кругами или кругами склонения . Плоскости часовых кругов перпендикулярны небесному экватору и небесным параллелям.
Небесный меридиан является одновременно и вертикальным кругом, и кругом склонения, поэтому его плоскость перпендикулярна и математическому горизонту, и небесному экватору.
В какой бы точке на поверхности Земли не находился наблюдатель, он всегда видит суточное вращение небесной сферы, происходящее вокруг оси мира. Наблюдателю при этом кажется, что каждое светило небосвода описывает в течение суток окружность вокруг Полярной звезды, то есть двигается по небесной параллели.
Пусть наблюдатель находится на поверхности Земли в точке с географической широтой . Изобразим схематично земной шар и наблюдателя на нем (рис. 1.3). Отметим положения основных элементов небесной сферы в проекции на плоскость географического меридиана наблюдателя.
Из рис. 1.3 видно, что угол наклона оси мира к плоскости математического горизонта равен . Это позволяет нам сформулировать теорему о высоте Полярной звезды над горизонтом:
Вспомогательная небесная сфера
Системы координат, используемые в геодезической астрономии
Географические широты и долготы точек земной поверхности и азимуты направлений определяются из наблюдений небесных светил – Солнца и звезд. Для этого необходимо знать положение светил как относительно Земли, так и относительно друг друга. Положения светил могут задаваться в целесообразно выбранных системах координат. Как известно из аналитической геометрии, для определения положения светила s можно использовать прямоугольную декартову систему координат XYZ или полярную a,b, R (рис.1).
В прямоугольной системе координат положение светила s определяется тремя линейными координатамиX,Y,Z. В полярной системе координат положение светила s задается одной линейной координатой, радиусом-вектором R = Оs и двумя угловыми: углом a между осью X и проекцией радиуса-вектора на координатную плоскость XOY, и углом b между координатной плоскостью XOY и радиусом-вектором R. Связь прямоугольных и полярных координат описывается формулами
X = R cos b cos a,
Y = R cos b sin a,
Z = R sin b,
Эти системы используются в тех случаях, когда линейные расстояния R = Os до небесных светил известны (например, для Солнца, Луны, планет, искусственных спутников Земли). Однако для многих светил, наблюдаемых за пределами Солнечной системы, эти расстояния либо чрезвычайно велики по сравнению с радиусом Земли, либо неизвестны. Чтобы упростить решение астрономических задач и обходиться без расстояний до светил, полагают, что все светила находятся на произвольном, но одинаковом расстоянии от наблюдателя. Обычно это расстояние принимают равным единице, вследствие чего положение светил в пространстве может определяться не тремя, а двумя угловыми координатами a и b полярной системы. Известно, что геометрическое место точек, равноудаленных от данной точки “О”, есть сфера с центром в этой точке.
Вспомогательная небесная сфера – воображаемая сфера произвольного или единичного радиуса, на которую проецируются изображения небесных светил (рис. 2). Положение любого светила s на небесной сфере определяется при помощи двух сферических координат, a и b:
x = cos b cos a,
y = cos b sin a,
z = sin b.
В зависимости от того, где расположен центр небесной сферы О, различают:
1)топоцентрическую небесную сферу - центр находится на поверхности Земли;
2)геоцентрическую небесную сферу – центр совпадает с центром масс Земли;
3)гелиоцентрическую небесную сферу – центр совмещен с центром Солнца;
4) барицентрическую небесную сферу – центр находится в центре тяжести Солнечной системы.
Основные круги, точки и линии небесной сферы изображены на рис.3.
Одним из основных направлений относительно поверхности Земли является направление отвесной линии , или силы тяжести в точке наблюдения. Это направление пересекает небесную сферу в двух диаметрально противоположных точках - Z и Z". Точка Z находится над центром и называется зенитом , Z" – под центром и называетсянадиром .
Проведем через центр плоскость, перпендикулярную отвесной линии ZZ". Большой круг NESW, образованный этой плоскостью, называетсянебесным (истинным) или астрономическим горизонтом . Это есть основная плоскость топоцентрической системы координат. На ней имеются четыре точки S, W, N, E, где S - точка Юга , N - точка Севера , W - точка Запада , E - точка Востока . Прямая NS называетсяполуденной линией .
Прямая P N P S , проведенная через центр небесной сферы параллельно оси вращения Земли, называется осью Мира . Точки P N - северный полюс мира ; P S - южный полюс мира . Вокруг оси Мира происходит видимое суточное движение небесной сферы.
Проведем через центр плоскость, перпендикулярную оси мира P N P S . Большой круг QWQ"E, образованный в результате пересечения этой плоскостью небесной сферы, называетсянебесным (астрономическим) экватором . Здесь Q - верхняя точка экватора (над горизонтом), Q"- нижняя точка экватора (под горизонтом). Небесный экватор и небесный горизонт пересекаются в точках W и E.
Плоскость P N ZQSP S Z"Q"N, содержащая в себе отвесную линию и ось Мира, называется истинным (небесным) или астрономическим меридианом. Это плоскость параллельна плоскости земного меридиана и перпендикулярна к плоскости горизонта и экватора. Ее называютначальной координатной плоскостью.
Проведем через ZZ" вертикальную плоскость, перпендикулярную небесному меридиану. Полученный круг ZWZ"E называется первым вертикалом .
Большой круг ZsZ", по которому вертикальная плоскость, проходящая через светило s, пересекает небесную сферу, называетсявертикалом или кругом высот светила .
Большой круг P N sP S , проходящий через светило перпендикулярно небесному экватору, называется кругом склонения светила .
Малый круг nsn", проходящий через светило параллельно небесному экватору, называетсясуточной параллелью. Видимое суточное движение светил происходит вдоль суточных параллелей.
Малый круг аsа", проходящий через светило параллельно небесному горизонту, называется кругом равных высот , или альмукантаратом .
В первом приближении орбита Земли может быть принята за плоскую кривую - эллипс, в одном из фокусов которого находится Солнце. Плоскость эллипса, принимаемого за орбиту Земли, называетсяплоскостьюэклиптики .
В сферической астрономии принято говорить овидимом годичном движении Солнца. Большой круг ЕgЕ"d, по которому происходит видимое движение Солнца в течение года, называетсяэклиптикой . Плоскость эклиптики наклонена к плоскости небесного экватора на угол, примерно равный 23.5 0 . На рис. 4 показаны:
g – точка весеннего равноденствия;
d – точка осеннего равноденствия;
Е – точка летнего солнцестояния; Е" – точка зимнего солнцестояния; R N R S – ось эклиптики; R N - северный полюс эклиптики; R S - южный полюс эклиптики; e - наклон эклиптики к экватору.
Произвольного радиуса, на которую проецируются небесные светила:служит для решения различных астрометрических задач. За центр небесной сферы, как правило, принимают глаз наблюдателя. Для находящегося на поверхности Земли наблюдателя вращение небесной сферы воспроизводит суточное движение светил на небе.
Представление о Небесной сфере возникло в глубокой древности; в основу его легло зрительное впечатление о существовании куполообразного небесного свода. Это впечатление связано с тем, что в результате огромной удалённости небесных светил человеческий глаз не в состоянии оценить различия в расстояниях до них, и они представляются одинаково удалёнными. У древних народов это ассоциировалось с наличием реальной сферы, ограничивающей весь мир и несущей на своей поверхности многочисленные звёзды. Таким образом, в их представлении небесная сфера была важнейшим элементом Вселенной. С развитием научных знаний такой взгляд на небесную сферу отпал. Однако заложенная в древности геометрия небесной сферы в результате развития и совершенствования получила современный вид, в котором и используется в астрометрии.
Радиус небесной сферы может быть принят каким угодно: в целях упрощения геометрических соотношений его полагают равным единице. В зависимости от решаемой задачи центр небесной сферы может быть помещен в место:
- где находится наблюдатель (топоцентрическая небесная сфера),
- в центр Земли (геоцентрическая небесная сфера),
- в центр той или иной планеты (планетоцентрическая небесная сфера),
- в центр Солнца (гелиоцентрическая небесная сфера) или в любую др. точку пространства.
Каждому светилу на небесной сфере соответствует точка, в которой её пересекает прямая, соединяющая центр небесной сферы со светилом (с его центром). При изучении взаимного расположения и видимых движений светил на небесной сфере выбирают ту или иную ), определяемую основными точками и линиями. Последние обычно являются большими кругами небесной сферы. Каждый большой круг сферы имеет два полюса, определяющиеся на ней концами диаметра, перпендикулярного к плоскости данного круга.
Названия важнейших точек и дуг на небесной сфере
Отвесная линия
Отве́сная ли́ния (или вертика́льная ли́ния ) — , проходящая через центр небесной сферы и совпадающая с направлением нити в месте наблюдения. Для наблюдателя, находящегося на поверхности , отвесная линия проходит через центр Земли и точку наблюдения.
Зенит и надир
Отвесная линия пересекается с поверхностью небесной сферы в двух точках — зени́те , над головой наблюдателя, и нади́ре — диаметрально противоположной точке.
Математический горизонт
Математи́ческий горизо́нт — большой круг небесной сферы, которого перпендикулярна к отвесной линии. Математический горизонт делит поверхность небесной сферы на две половины: видимую для наблюдателя, с вершиной в зените, и невидимую , с вершиной в надире. Математический горизонт, вообще говоря, не совпадает с видимым горизонтом вследствие неровности поверхности Земли и различной высотой точек наблюдения, а также искривлением лучей света в атмосфере.
Ось мира
P,P" - полюсы мира, T,T" - точки равноденствия, E,C - точки солнцестояния, П,П" - полюса эклиптики, PP" - ось мира, ПП" - ось эклиптики, ATQT"- небесный экватор, ETCT" - эклиптика
Ось ми́ра — воображаемая линия пересекающая небесную сферу в северном и южном полюсах (вокруг неё происходит вращение небесной сферы).
Полюсы мира
Ось мира пересекается с поверхностью небесной сферы в двух точках — се́верном по́люсе ми́ра и ю́жном по́люсе ми́ра . Северным полюсом называется тот, со стороны которого вращение небесной сферы происходит по часовой стрелке, если смотреть на сферу извне .
Если смотреть на небесную сферу изнутри , (что мы обычно и делаем, наблюдая звёздное небо), то в окрестности северного полюса мира её вращение происходит против часовой стрелки, а в окрестности южного полюса мира —- по часовой стрелке.
Небесный экватор
Небе́сный эква́тор — большой круг небесной сферы, плоскость которого перпендикулярна оси мира. Небесный экватор делит поверхность небесной сферы на два полушария: се́верное полуша́рие , с вершиной в северном полюсе мира, и ю́жное полуша́рие , с вершиной в южном полюсе мира.
Точки востока и запада
Небесный экватор пересекается с математическим горизонтом в двух точках: то́чке восто́ка и то́чке за́пада . Точкой востока называется та, в которой точки вращающейся небесной сферы пересекают математический горизонт, переходя из невидимой полусферы в видимую.
Небесный меридиан
Небе́сный меридиа́н — большой круг небесной сферы, плоскость которого проходит через отвесную линию и ось мира. Небесный меридиан делит поверхность небесной сферы на два полушария — восто́чное полуша́рие , с вершиной в точке востока, и за́падное полуша́рие , с вершиной в точке запада.
Полуденная линия
Полу́денная ли́ния — линия пересечения плоскости небесного меридиана и плоскости математического горизонта.
Точки севера и юга
Небесный меридиан пересекается с математическим горизонтом в двух точках: то́чке се́вера и то́чке ю́га . Точкой севера называется та, которая ближе к северному полюсу мира.
[ Эклиптика
Экли́птика — большой круг небесной сферы, пересечение небесной сферы и плоскости орбиты системы Земля — Луна. С большой точностью по эклиптике осуществляется видимое годовое движение по небесной сфере. Плоскость эклиптики пересекается с плоскостью небесного экватора под углом ε = 23°26".
α = 192,85948° β = 27,12825°
называется се́верным галакти́ческим по́люсом , а диаметрально противоположная ей точка — ю́жным галакти́ческим по́люсом .
Большой круг небесной сферы, плоскость которого перпендикулярна линии, соединяющей галактические полюсы, называется галакти́ческим эква́тором .
Названия дуг на небесной сфере, связанные с положением светил
Альмукантарат
Альмукантара́т — араб. круг равных высот
Альмукантарат светила — малый круг небесной сферы, проходящий через светило, плоскость которого параллельна плоскости математического горизонта.
Вертикальный круг
Круг высоты́ или вертика́льный круг или вертика́л светила — большой полукруг небесной сферы, проходящий через зенит, светило и надир.
Суточная параллель
Су́точная паралле́ль светила — малый круг небесной сферы, проходящий через светило, плоскость которого параллельна плоскости небесного экватора. Видимые суточные движения светил совершаются по суточным параллелям.
Круг склонения
Круг склоне́ния светила — большой полукруг небесной сферы, проходящий через полюсы мира и светило.
Круг эклиптической широты
Круг эклипти́ческой широты́ , или просто круг широты светила — большой полукруг небесной сферы, проходящий через полюсы эклиптики и светило.
Круг галактической широты
Круг галакти́ческой широты́ светила — большой полукруг небесной сферы, проходящий через галактические полюсы и светило.
Лекция № 2. Небесная сфера, её основные точки.
1. Горизонтальные и экваториальные системы небесных координат.
2. Прямое восхождение. Склонение светила.
3. Проведение вечерних астрономических наблюдений звёздного неба.
Небесная сфера. Основные точки, линии и круги на небесной сфере
Небесной сферой называют сферу любого радиуса с центром в произвольной точке пространства. За ее центр, в зависимости от постановки задачи, принимают глаз наблюдателя, центр инструмента, центр Земли и т. д.
Рассмотрим основные точки и круги небесной сферы, за центр О которой принят глаз наблюдателя (рис. 72). Через центр небесной сферы проведем отвесную линию. Точки пересечения отвесной линии со сферой называют зенитом Z и надиром п.
Рис. 72.
Плоскость, проходящую через центр небесной сферы перпендикулярно отвесной линии, называют
плоскостью истинного горизонта.
Эта плоскость, пересекаясь с небесной сферой, образует окружность большого круга, называемую истинным горизонтом. Последний делит небесную сферу на две части: надгоризонтную и подгоризонтную.
Прямую, проходящую через центр небесной сферы параллельно земной оси, называют ось ю мира. Точки пересечения оси мира с небесной сферой называются полюсами мира. Один из полюсов, соответственно полюсам Земли, называют северным полюсом мира и обозначают Pn, другой - южным полюсом мира Ps.
Плоскость QQ", проходящую через центр небесной сферы перпендикулярно оси мира, называют плоскостью небесного экватора. Эта плоскость, пересекаясь с небесной сферой, образует окружность большого круга - небесный экватор, который делит небесную сферу на северную и южную части.
Большой круг небесной сферы, проходящий через полюсы мира, зенит и надир, называют меридианом наблюдателя PN nPsZ. Ось мира делит меридиан наблюдателя на полуденную PN ZPs и полуночную PN nPs части.
Меридиан наблюдателя пересекается с истинным горизонтом в двух точках: точке севера N и точке юга S. Прямую, соединяющую точки севера и юга, называют полуденной линией.
Если из центра сферы смотреть в точку N, то справа будет точка востока O st , а слева - точка запада W. Малые круги небесной сферы аа", параллельные плоскости истинного горизонта, называют альмукантаратами; малые bb" параллельные плоскости небесного экватора, - небесными параллелями.
Круги небесной сферы Zon, проходящие через точки зенита и надира, называют вертикалами. Вертикал, проходящий через точки востока и запада, называют первым вертикалом.
Круги небесной сферы PNoPs, проходящие через полюсы мира, называют кругами склонения.
Меридиан наблюдателя является одновременно вертикалом и кругом склонения. Он делит небесную сферу на две части - восточную и западную.
Полюс мира, расположенный над горизонтом (под горизонтом), называют повышенным (пониженным) полюсом мира. Наименование повышенного полюса мира всегда одноименно с наименованием широты места.
Ось мира с плоскостью истинного горизонта составляет угол, равный географической широте места.
Положение светил на небесной сфере определяют при помощи сферических координатных систем. В мореходной астрономии применяются горизонтная и экваториальная системы координат.
Представление о небесной сфере возникло в глубокой древности; в основу его легло зрительное впечатление о существовании куполообразного небесного свода. Это впечатление связано с тем, что в результате огромной удалённости небесных светил человеческий глаз не в состоянии оценить различия в расстояниях до них, и они представляются одинаково удалёнными. У древних народов это ассоциировалось с наличием реальной сферы, ограничивающей весь мир и несущей на своей поверхности многочисленные звёзды. Таким образом, в их представлении небесная сфера была важнейшим элементом Вселенной. С развитием научных знаний такой взгляд на небесную сферу отпал. Однако заложенная в древности геометрия небесной сферы в результате развития и совершенствования получила современный вид, в котором и используется в астрометрии.
Элементы небесной сферы
Отвесная линия и связанные с ней понятия
Диаграмма, показывающая соотношение , и (в различных определениях). Заметим, что зенит противоположен надиру.
Отвесная линия - прямая, проходящая через центр небесной сферы и точку наблюдения на поверхности Земли. Отвесная линия пересекается с поверхностью небесной сферы в двух точках - над головой наблюдателя и под ногами наблюдателя.
Истинный (математический) горизонт - большой круг небесной сферы, плоскость которого перпендикулярна к отвесной линии. Истинный горизонт делит поверхность небесной сферы на две полусферы: видимую полусферу с вершиной в зените и невидимую полусферу с вершиной в надире. Истинный горизонт не совпадает с видимым горизонтом вследствие приподнятости точки наблюдения над земной поверхностью, а также по причине искривления лучей света в атмосфере.
Круг высоты или вертикал светила - большой полукруг небесной сферы, проходящий через светило, зенит и надир. Альмукантара́т (араб. « ») - малый круг небесной сферы, плоскость которого параллельна плоскости математического горизонта. Круги высоты и альмукантараты образуют координатную сетку, задающую горизонтальные координаты светила.
Суточное вращение небесной сферы и связанные с ним понятия
Воображаемая линия, проходящая через центр мира, вокруг которой происходит вращение небесной сферы. Ось мира пересекается с поверхностью небесной сферы в двух точках - северном полюсе мира и южном полюсе мира . Вращение небесной сферы происходит против часовой стрелки вокруг северного полюса, если смотреть на небесную сферу изнутри.
Большой круг небесной сферы, плоскость которого перпендикулярна оси мира и проходит через центр небесной сферы. Небесный экватор делит небесную сферу на два полушария: северное и южное .
Круг склонения светила - большой круг небесной сферы, проходящий через полюсы мира и данное светило.
Суточная параллель - малый круг небесной сферы, плоскость которого параллельна плоскости небесного экватора. Видимые суточные движения светил совершаются по суточным параллелям. Круги склонения и суточные параллели образуют на небесной сфере координатную сетку, задающую экваториальные координаты светила.
Термины, рождаемые в пересечениях понятий «Отвесная линия» и «Вращение небесной сферы»
Небесный экватор пересекается с математическим горизонтом в точке востока и точке запада . Точкой востока называется та, в которой точки вращающейся небесной сферы восходят из-за горизонта. Полукруг высоты, проходящий через точку востока, называется первым вертикалом .
Небесный меридиан - большой круг небесной сферы, плоскость которого проходит через отвесную линию и ось мира. Небесный меридиан делит поверхность небесной сферы на два полушария: восточное полушарие и западное полушарие .
Полуденная линия - линия пересечения плоскости небесного меридиана и плоскости математического горизонта. Полуденная линия и небесный меридиан пересекают математический горизонт в двух точках: точке севера и точке юга . Точкой севера называется та, которая ближе к северному полюсу мира.
Годовое движение Солнца по небесной сфере и связанные с ним понятия
P,P" - полюсы мира, T,T" - точки равноденствия, E,C - точки солнцестояния, П,П" - полюса эклиптики, PP" - ось мира, ПП" - ось эклиптики, ATQT"- небесный экватор, ETCT" - эклиптика
Большой круг небесной сферы, по которому происходит видимое годовое движение . Плоскость эклиптики пересекается с плоскостью небесного экватора под углом ε = 23°26".
Две точки, в которых эклиптика пересекается с небесным экватором, называются точками . В точке весеннего равноденствия Солнце в своём годовом движении переходит из южного полушария небесной сферы в северное; в точке осеннего равноденствия - из северного полушария в южное. Две точки эклиптики, отстоящие от точек равноденствия на 90° и тем самым максимально удалённые от небесного экватора, называются точками . Точка летнего солнцестояния находится в северном полушарии, точка зимнего солнцестояния - в южном полушарии. Эти четыре точки обозначаются символами ♈ ), осеннего равноденствия - знаком Весов (♎ ), зимнего солнцестояния - знаком Козерога (♑ ), летнего солнцестояния - знаком Рака (♋ )
Диаметр небесной сферы, перпендикулярный плоскости эклиптики. Ось эклиптики пересекается с поверхностью небесной сферы в двух точках - северном полюсе эклиптики , лежащем в северном полушарии, и южном полюсе эклиптики , лежащем в южном полушарии. Северный полюс эклиптики имеет экваториальные координаты R.A. = 18h00m, Dec = +66°33", и находится в созвездии , а южный полюс - R.A. = 6h00m, Dec = −66°33" в созвездии .
Круг эклиптической широты , или просто круг широты - большой полукруг небесной сферы, проходящий через полюсы эклиптики.
