Основные круги, точки и линии небесной сферы. Реферат: "Небесная сфера, видимые движения светил" Что такое точка востока в астрономии

Все небесные светила находятся на необычайно больших и весьма различных расстояниях от нас. Но нам они представляются одинаково удаленными и как будто расположенными на некоторой сфере. При решении практических задач по авиационной астрономии важно знать не расстояние до светил, а их положение на небесной сфере в момент наблюдения.

Небесной сферой называется воображаемая сфера бесконечно большого радиуса, центром которой является наблюдатель. При рассмотрении небесной сферы ее центр совмещают с глазом наблюдателя. Размерами Земли пренебрегают, поэтому центр небесной сферы часто совмещают также с центром Земли. Светила на сферу наносят в таком положении, в каком они видны на небе в некоторый момент времени из данной точки нахождения наблюдателя.

Небесная сфера имеет ряд характерных точек, линий и кругов. На рис. 1.1 кругом произвольного радиуса изображена небесная сфера, в центре которой, обозначенном точкой О, расположен наблюдатель. Рассмотрим основные элементы небесной сферы.

Вертикаль наблюдателя - прямая, проходящая через центр небесной сферы и совпадающая с направлением нити отвеса в точке наблюдателя. Зенит Z - точка пересечения вертикали наблюдателя с небесной сферой, расположенная над головой наблюдателя. Надир Z" - точка пересечения вертикали наблюдателя с небесной сферой, противоположная зениту.

Истинный горизонт С В Ю З - большой круг на небесной сфере, плоскость которого перпендикулярна к вертикали наблюдателя. Истинный горизонт делит небесную сферу на две части: надгоризонтную полусферу, в которой расположен зенит, и подгоризонтную полусферу, в которой расположен надир.

Ось мира РР" - прямая, вокруг которой происходит видимое суточное вращение небесной сферы.

Рис. 1.1. Основные точки, линии и круги на небесной сфере

Ось мира параллельна оси вращения Земли, а для наблюдателя, находящегося на одном из полюсов Земли, она совпадает с осью вращения Земли. Видимое суточное вращение небесной сферы является отражением действительного суточного вращения Земли вокруг своей оси.

Полюсы мира - точки пересечения оси мира с небесной сферой. Полюс мира, находящийся в области созвездия Малой Медведицы, называется Северным полюсом мира Р, а противоположный полюс называется Южным Р.

Небесный экватор - большой круг на небесной сфере, плоскость которого перпендикулярна к оси мира. Плоскость небесного экватора делит небесную сферу на северную полусферу, в которой расположен Северный полюс мира, и южную полусферу, в которой расположен Южный полюс мира.

Небесный меридиан, или меридиан наблюдателя, - большой круг на небесной сфере, проходящий через полюсы мира, зенит и надир. Он совпадает с плоскостью земного меридиана наблюдателя и делит небесную сферу на восточную и западную полусферы.

Точки севера и юга - точки пересечения небесного меридиана с истинным горизонтом. Точка, ближайшая к Северному полюсу мира, называется точкой севера истинного горизонта С, а точка, ближайшая к Южному полюсу мира, - точкой юга Ю. Точки востока и запада - точки пересечения небесного экватора с истинным горизонтом.

Полуденная линия - прямая линия в плоскости истинного горизонта, соединяющая точки севера и юга. Полуденной называется эта линия потому, что в полдень по местному истинному солнечному времени тень от вертикального шеста совпадает с этой линией, т. е. с истинным меридианом данной точки.

Южная и северная точки небесного экватора - точки пересечения небесного меридиана с небесным экватором. Точка, ближайшая к южной точке горизонта, называется точкой юга небесного экватора , а точка, ближайшая к северной точке горизонта, - точкой севера

Вертикал светила, или круг высоты, - большой круг на небесной сфере, проходящий через зенит, надир и светило. Первый вертикал - вертикал, проходящий через точки востока и запада.

Круг склонения, или часовой круг светила, РМР - большой круг на небесной сфере, проходящий через полюсы миоа и светило.

Суточная параллель светила - малый круг на небесной сфере, проведенный через светило параллельно плоскости небесного экватора. Видимое суточное движение светил происходит по суточным параллелям.

Альмукантарат светила АМАГ - малый круг на небесной сфере, проведенный через светило параллельно плоскости истинного горизонта.

Рассмотренные элементы небесной сферы широко используются в авиационной астрономии.

Профессиональное образовательное учреждение

«Колледж права и экономики»

РЕФЕРАТ

небесная сфера,видимые движения светил

астрономии

40.02.03 П раво и судебное администрирование

Выполнил обучающийся гр. 102 _____________ Макарова Кристина Антоновна

05.03.2018

Оценка за выполнение и защиту _____________

Проверил _____________ Ефремова Елена Владимировна

02.03.2018

Челябинск 2018

Содержание:

1.Элементы небесной сферы

2.Координаты на небесной сферы

3.Вращения небесной сферы

4.Видимые движения светил

5.Видимое годовое движение Солнца

6.Видимое движение и фазы Луны

7.Видимое движение Планет

Небесной сферой называется воображаемая сфера произвольного радиуса с центром в произвольной точке, на поверхности которой нанесены положения светил так, как они видны на небе в некоторый момент времени из данной точки.

В тёмную безлунную ночь представляется, что он находится в центре огромного плоского круга, накрытого полусферой, на которой расположены светящиеся точки - звезды. Продолжая наблюдения, можно заметить, что полусфера поворачивается и все новые появляются на востоке, в то время как другие исчезают на западе.

Образ сферы возникает потому, что человек не способен оценивать расстояние до предмета, превышающее 4-5 км. Все предметы, расположенные дальше, кажутся нам удалёнными на это расстояние. Сфера, на которой, как нам кажется, расположены звезды, и называется небесной сферой.

На первый взгляд число звёзд кажется бесконечно большим. В действительности же невооружённым глазом можно увидеть на всем небе около 6000 звёзд, а одновременно не более 2000, так как половина небесной сферы закрыта Землёй и у горизонта всегда существует дымка, скрывающая многочисленные слабые звезды.

Радиус небесной сферы произволен, и принять его можно настолько большим, что будет безразлично, где находится её центр: в глазу наблюдателя, в центре Земли, в центре или где-то на одной из планет нашей . Это возможно, поскольку большинство светил находится настолько далеко, что если смотреть с них на Солнечную систему, то она практически не будет отличаться от точки. Если говорить более точно, то два луча, направленные из Солнца и с Земли или тем более из разных точек Земли, даже к ближайшей звезде, практически параллельны. Если говорить о Солнечной системы или о , то различие направлений придётся учитывать, но это лишь незначительно усложнит , которые достаточно просто решаются с помощью небесной сферы.

Элементы небесной сферы.

Очевидно, что в центре небесной сферы (рис. 12) находится другая сфера, а именно Земля, на поверхности которой в некоторой точке находится наблюдатель. Земля вращается, что даёт возможность выделить некоторую прямую - ось вращения Земли (обычно строится ось мира PP’ и экватор). Соответственно на небесной сфере строится ось мира (PP’ - линия, параллельная оси вращения Земли и проходящая через центр небесной сферы) и небесный экватор (слово «небесный» обычно опускают). Пересечение оси мира и небесной сферы определяют полюсы - северный P и южный P’ .

Большой круг, плоскость которого перпендикулярна оси мира, называется небесным экватором . Он пересекается с горизонтом в точках востока и запада.

Вертикальная отвесная линия ( OZ ) является продолжением радиуса Земли, она пересекает небесную сферу в двух точках. Та, что находится над головой, называется « зенит », противоположная ей - « надир ». Перпендикулярная ей плоскость - это плоскость горизонта, которая образует при пересечении с небесной сферой математический горизонт (слово «математический» можно опустить).

При изображении небесной сферы принято ориентировать её так, чтобы вертикальная линия была в центре, а ось мира наклонена к ней.

Две прямые (ось мира и вертикальная линия) определяют плоскость небесного меридиана , а её пересечение с небесной сферой - большой круг - небесный меридиан . Меридиан пересекается с горизонтом в двух точках - точке севера N и точке юга S . Небесный меридиан является проекцией земного меридиана на небесную сферу.

Большой круг - окружность, получаемая пересечением сферы плоскостью, проходящей через её центр. Если плоскость не проходит через центр, то круг называется малым . Расстояние, измеренное по поверхности сферы, между двумя точками большого круга является минимальным. Это говорит о прямой аналогии между прямыми на плоскости и большими кругами на сфере.

Все эти элементы небесной сферы связаны с наблюдателем. Ось мира и экватор общие для всех наблюдателей на Земле; вертикальная линия, зенит, надир, плоскости меридиана и горизонта свои для каждого наблюдателя. Их положение относительно других элементов небесной сферы определяется положением наблюдателя на поверхности Земли.

Вращение небесной сферы.

Наблюдения звездного неба показывают, то небесная сфера медленно вращается в направлении с востока на запад Зори созвездия поднимаются над горизонтом в восточной части неба и прячутся за горизонт в западной Для наблюдателя, который находится в северном полушарии Земли и стоит лицом к югу, это вращение небесной сферы происходит по часовой стрелке, слева направо Для наблюдателя, который находится в южном полушарии (например, в Австралии), напротив. Солнце всходит справа и двигаясь против часовой стрелки, заходит слева, ночью так же смещаются на небосклоне зари.

Как знаем, это видимое вращательное движение небесной сферы есть иллюзорным. Потому что в действительности это Земля вращается вокруг своей оси, и этому есть много доказательств Например, плоскость маятника Фуко, пытаясь сохранить свое положение относительно далеких зрение, относительно земных ориентиров возвращается вокруг вертикали Другим доказательством, о чем будет язык дальше, есть сплющенная Земли около полюсов: экваториальный радиус Земли больше от полярного.

Видимое вращение небесной сферы и принято называть суточным вращением, поскольку n-ного период равняется одним суткам (понятие суток уточнено ниже). Как вспоминалось, это вращение осуществляется вокруг оси мира. В действительности вращательное движение происходит вокруг оси вращения Земли. Однако радиус Земли очень малый сравнительно с расстояниями д зрение, и эта разница для наблюдателя, который находится на поверхности, а не в центре Земли, незаметная.

Вращение небесной сферы , вследствие суточного движения зори на небе описывают круги разной величины - тем меньшие, чем ближе к полюсу мира находится заря. Северный го мое мира находится вблизи Полярной зари в созвездии Малой Медведицы: в 1966 г. - на угловом расстоянии 54" от нее, в 1986 г. это расстояние представляло уже 49". Причину уменьшения ее (благодаря процесии) приведем ниже

Вследствие суточного вращения небесной сферы каждое светило дважды пересекает (проходит ли) небесный меридиан Явление прохождения светила через небесный меридиан будет судиться кульминацией светила (от лат. culmen - вер) "В верхней кульминации светило пересекает ту часть небесного меридиана, в которой находится зенит, в нижней оно проходит через часть меридиана, в которой размещен надир.

Видимое движение светил.

Чтобы понять видимое движение Солнца и других светил на , рассмотрим истинное движение Земли. Земля является одной из планет солнечной системы. Она непрерывно вращается вокруг своей оси. Период вращения ее равен одним суткам. Поэтому наблюдателю, находящемуся на Земле, кажется, что все небесные светила обращаются вокруг Земли с востока на запад с тем же периодом. Но Земля не только вращается вокруг своей оси. Она обращается также вокруг Солнца по эллиптической орбите. Полный оборот вокруг Солнца она совершает за один год. Ось вращения Земли наклонена к плоскости орбиты под углом 66°33". Положение оси в пространстве при движении Земли вокруг Солнца все время остается почти неизменным (рис. 1.10). Поэтому Северное и Южное полушария попеременно бывают обращены в сторону Солнца, в результате чего на Земле происходит смена времен года.

При внимательном наблюдении неба можно заметить, что звезды на протяжении многих лет неизменно сохраняют свое взаимное расположение. Вследствие их чрезвычайной удаленности и весьма малых собственных движений относительно друг друга они с любой точки земной орбиты видны одинаково. Тела же солнечной системы - Солнце, Луна и планеты, которые находятся сравнительно недалеко от Земли, меняют свое положение среди звезд. Таким образом, Солнце наравне со всеми светилами участвует в суточном движении и одновременно имеет собственное видимое движение (оно называется годовым движением), обусловленное движением Земли вокруг Солнца.

Рассмотрим отдельно эти два главных видимых движения Солнца и разберемся, какие изменения они вносят в положение Солнца на небесной сфере.

Видимое годовое движение Солнца.

Наиболее просто годовое движение Солнца можно объяснить по рис. 1.11, на котором изображена , Солнце и орбита Земли. Из этого рисунка видно, что в зависимости от положения Земли на орбите наблюдатель с Земли будет видеть Солнце на фоне разных созвездий. Ему будет казаться, что оно все время перемещается по небесной сфере. Это движение является отражением обращения Земли вокруг Солнца. За год Солнце сделает полный оборот.

Большой круг на небесной сфере, по которому происходит видимое годовое движение Солнца, называется эклиптикой. Эклиптика - слово греческое и в переводе означает затмение. Этот круг назвали так потому, что затмения Солнца и Луны происходят только тогда, когда оба светила находятся на этом круге.

Следует отметить, что плоскость эклиптики совпадает с плоскостью орбиты Земли. Видимое годовое движение Солнца по эклиптике происходит в том же направлении, в котором Земля движется по орбите вокруг Солнца, т. е. оно перемещается к востоку. В течение года Солнце последовательно проходит по эклиптике 12 созвездий, которые образуют пояс Зодиака и называются зодиакальными. Зодиак - слово греческое, которое означает звериный круг (большинство созвездий этого круга имеют названия животных).

Пояс Зодиака образуют следующие созвездия: Рыбы, Овен, Телец, Близнецы, Рак, Лев, Дева, Весы, Скорпион, Стрелец, Козерог и Водолей. В каждом из них Солнце бывает примерно месяц. Эклиптика дается на специальной звездной карте, прилагаемой к Авиационному астрономическому ежегоднику (приложение 3). Вследствие того, что плоскость земного экватора наклонена к плоскости орбиты Земли на , плоскость небесного экватора также наклонена к плоскости эклиптики на угол . Наклон эклиптики к экватору не сохраняется постоянным. В 1896 г. при утверждении астрономических постоянных решено было наклон эклиптики к экватору считать равным .

Вследствие воздействия на Землю сил притяжения Солнца и Луны он постепенно изменяется в пределах от до . В данный период времени угол равен и непрерывно уменьшается на 0,47" в год.

Эклиптика пересекается с небесным экватором в двух точках, которые называются точками весеннего и осеннего равноденствий.Точку весеннего равноденствия принято обозначать знаком созвездия Овен Т, а точку осеннего равноденствия - знаком созвездия Весов Солнце в этих точках соответственно бывает 21 марта и 23 сентября. В эти дни на Земле день равен ночи, Солнце точно восходит в точке востока и заходит в точке запада.

Точки эклиптики, отстоящие от точек равноденствий на 90°, называются точками солнцестояний. Точка Е на эклиптике, в которой Солнце занимает самое высокое положение относительно небесного экватора, называется точкой летнего солнцестояния, а точка Е, в которой оно занимает самое низкое положение, называется точкой зимнего солнцестояния. В точке летнего солнцестояния Солнце бывает 22 июня, а в точке зимнего солнцестояния - 22 декабря. В течение нескольких дней, близких к датам солнцестояний, полуденная высота Солнца остается почти неизменной, в связи с чем эти точки и получили такое название. Когда Солнце находится в точке летнего солнцестояния день в Северном полушарии самый длинный, а ночь самая короткая, а когда оно находится в точке зимнего солнцестояния - наоборот.

В день летнего солнцестояния точки восхода и захода Солнца максимально удалены к северу от точек востока и запада на горизонте, а в день зимнего солнцестояния они имеют наибольшее удаление к югу.

Движение Солнца по эклиптике приводит к непрерывному изменению его экваториальных координат, ежедневному изменению полуденной высоты и перемещению по горизонту точек восхода и захода.

Известно, что склонение Солнца отсчитывается от плоскости небесного экватора, а прямое восхождение - от точки весеннего равноденствия. Поэтому когда Солнце находится в точке весеннего равноденствия, его склонение и прямое восхождение равны нулю. В течение года склонение Солнца в настоящий период изменяется от до переходя два раза в год через нуль, а прямое восхождение от 0 до 360°.

Экваториальные координаты Солнца в течение года изменяются неравномерно. Происходит это вследствие неравномерности движения Солнца по эклиптике и наклона эклиптики к экватору. Половину своего видимого годового пути Солнце проходит за 186 суток с 21 марта по 23 сентября, а вторую половину за 179 суток с 23 сентября по 21 марта. Неравномерность движения Солнца по эклиптике связана с тем, что Земля на протяжении всего периода обращения вокруг Солнца движется по орбите не с одинаковой скоростью. Из второго закона Кеплера известно, что линия, соединяющая Солнце и планету, за равные промежутки времени описывает равные площади. Согласно этому закону Земля, находясь ближе всего к Солнцу, т. е. в перигелии, движется быстрее, а находясь дальше всего от Солнца, т. е. в афелии - медленнее. Ближе к Солнцу Земля бывает зимой, а летом - дальше. Поэтому в зимние дни она движется по орбите быстрее, чем в летние. Вследствие этого суточное изменение прямого восхождения Солнца в день зимнего солнцестояния равно тогда как в день летнего солнцестояния оно равно только .

Различие скоростей движения Земли в каждой точке орбиты вызывает неравномерность изменения не только прямого восхождения, но и склонения Солнца. Однако за счет наклона эклиптики к экватору его изменение имеет другой характер. Наиболее быстро склонение Солнца изменяется вблизи точек равноденствия, а у точек солнцестояния оно почти не изменяется.

Знание характера изменения экваториальных координат Солнца позволяет производить приближенный расчет прямого восхождения и склонения Солнца. Для выполнения такого расчета берут ближайшую дату с известными экваториальными координатами Солнца. Затем учитывают, что прямое восхождение Солнца за сутки изменяется в среднем на 1°, а склонение Солнца в течение месяца до и после прохождения точек равноденствия изменяется на 0,4° в сутки; в течение месяца перед солнцестояниями и после них - на 0,1° в сутки, а в течение промежуточных месяцев между указанными - на 0,3°.

Видимое движение и фазы Луны.

Луна является естественным спутником Земли и ближайшим к ней небесным телом. Она обращается вокруг Земли по эллиптической орбите в том же направлении, что и Земля вокруг Солнца. Среднее расстояние Луны от Земли равно 384 400 км. Плоскость орбиты Луны наклонена к плоскости эклиптики на .

Точки пересечения орбиты Луны с эклиптикой называются узлами лунной орбиты. Движение Луны вокруг Земли для наблюдателя представляется как видимое ее движение по . Видимый путь Луны по небесной сфере называется видимой орбитой Луны. За сутки Луна перемещается по видимой орбите относительно звезд примерно на 13,2°, а относительно Солнца на 12,2°, так как Солнце за это время тоже перемещается по эклиптике в среднем на 1°. Промежуток времени, в течение которого Луна совершает полный оборот по своей орбите относительно звезд, называется звездным, или сидерическим, месяцем. Его продолжительность равна 27,32 средних солнечных суток.

Промежуток времени, в течение которого Луна совершает полный оборот по своей орбите относительно Солнца, называется с инодическим месяцем. Он равен 29,53 средних солнечных суток. Сидерический и синодический месяцы различаются примерно на двое суток за счет движения Земли по своей орбите вокруг Солнца. На рис. 1.15 показано, что при нахождении Земли на орбите в точке 1 Луна и Солнце наблюдаются на в одном и том же месте, например на фоне звезды . Через 27,32 сут, т. е. когда Луна сделает полный оборот вокруг Земли, она снова будет наблюдаться на фоне той же звезды. Но так как Земля вместе с Луной за это время переместится по своей орбите относительно Солнца примерно на 27° и будет находиться в точке 2, то Луне необходимо еще пройти 27°, чтобы занять прежнее положение относительно Земли и Солнца, на что понадобится около 2 сут. Таким образом, синодический месяц длиннее сидерического на отрезок времени, который нужен Луне, чтобы переместиться на 27°.

Период вращения Луны вокруг своей оси равен периоду ее обращения вокруг Земли. Поэтому Луна обращена к Земле всегда одной и той же стороной. Вследствие того, что Луна за одни сутки перемещается по небесной сфере с запада на восток, т. е. в сторону, обратную суточному движению , на 13,2°, ее восход и заход ежесуточно запаздывают примерно на 50 мин. Это ежедневное запаздывание приводит к тому, что Луна непрерывно меняет свое положение относительно Солнца, но через строго определенный период времени вновь возвращается в исходное положение. В результате движения Луны по видимой орбите происходит непрерывное и быстрое изменение ее экваториальных

координат. В среднем за сутки прямое восхождение Луны изменяется на 13,2°, а склонение - на 4°. Изменение экваториальных координат Луны происходит не только за счет ее быстрого движения по орбите вокруг Земли, но и вследствие необычайной сложности этого движения. На Луну действуют многие силы, имеющие различную величину и период, под влиянием которых все элементы лунной орбиты постоянно изменяются.

Наклон орбиты Луны к эклиптике колеблется в пределах от до 5° 19" за время, несколько меньшее полугода. Изменяются формы и размеры орбиты. Непрерывно с периодом 18,6 года меняется положение орбиты в пространстве, в результате чего происходит перемещение узлов лунной орбиты навстречу движению Луны. Это приводит к постоянному изменению угла наклона видимой орбиты Луны к небесному экватору от до . Поэтому пределы изменения склонения Луны не остаются постоянными. В некоторые периоды оно изменяется в пределах а в другие - ±18° 17".

Склонение Луны и ее гринвичский часовой угол даются в ежедневных таблицах ААЕ на каждый час гринвичского времени.

Движение Луны на сопровождается непрерывным изменением ее внешнего вида. Происходит так называемая смена лунных фаз. Фазой Луны называется видимая часть лунной поверхности, освещенная солнечными лучами.

Рассмотрим, вследствие чего происходит изменение лунных фаз. Известно, что Луна светит отраженным солнечным светом-Половина ее поверхности всегда освещена Солнцем. Но вследствие различных взаимных положений Солнца, Луны и Земли освещенная поверхность представляется земному наблюдателю в разных

видах. Принято различать четыре фазы Луны: новолуние, первая четверть, полнолуние и последняя четверть.

Во время новолуния Луна проходит между Солнцем и Землей. В этой фазе Луна обращена к Земле неосвещенной стороной, и поэтому она не видна земному наблюдателю. В фазе первой четверти Луна находится в таком положении, что наблюдатель видит ее в виде половины освещенного диска. Во время полнолуния Луна находится в направлении, противоположном направлению на Солнце. Поэтому к Земле обращена вся освещенная сторона Луны и она видна в виде полного диска. После полнолуния видимая с Земли освещенная часть Луны постепенно уменьшается. Когда Луна достигает фазы последней четверти, она снова видна в виде половины освещенного диска. В Северном полушарии в первой четверти освещена правая половина диска Луны, а в последней - левая.

В промежутке между новолунием и первой четвертью и в промежутке между последней четвертью и новолунием к Земле обращена небольшая часть освещенной Луны, которая наблюдается в виде серпа. В промежутках между первой четвертью и полнолунием, полнолунием и последней четвертью Луна видна в виде ущербленного диска. Полный цикл смены лунных фаз происходит в течение строго определенного периода времени. Его называют периодом фаз. Он равен синодическому месяцу, т. е. 29,53 сут.

Промежуток времени между основными фазами Луны равен примерно 7 сут. Количество дней, прошедших с момента новолуния, принято называть возрастом Луны. С изменением возраста изменяются и точки восхода и захода Луны. Даты и моменты наступления основных фаз Луны по гринвичскому времени даны в ААЕ.

Движение Луны вокруг Земли является причиной лунных и солнечных затмений. Затмения происходят только тогда, когда Солнце и Луна одновременно располагаются вблизи узлов лунной орбиты. Солнечное затмение происходит, когда Луна находится между Солнцем и Землей, т. е. в период новолуния, а лунное - когда Земля находится между Солнцем и Луной, т. е. в период полнолуния.

Видимое движение планет.

В состав Солнечной системы входит девять планет. Пять из них можно видеть на небе невооруженным глазом. Это планеты Меркурий, Венера, Марс, Юпитер и Сатурн. Среди звезд планеты выделяются своей яркостью. Но их видимое положение относительно звезд непостоянно. Они непрерывно перемещаются по небу, как бы блуждают среди звезд. Видимое происходит вблизи эклиптики, т. е. в поясе зодиакальных созвездий. В отличие от видимого движения Солнца и Луны оно имеет сложный характер, так как является отражением действительных движений Земли и планет по их орбитам вокруг Солнца.

По положению своих орбит относительно орбиты Земли планеты делятся на внутренние и внешние. Внутренние планеты обращаются вокруг Солнца внутри орбиты Земли, а внешние - за ее пределами. К внутренним планетам относятся Меркурий и Венера, а к внешним - Марс, Юпитер, Сатурн, Уран, Нептун и Плутон. Когда планета проходит между Землей и Солнцем и находится в точке 1, она земному наблюдателю не видна, так как в это время к Земле обращена неосвещенная сторона планеты. Спустя некоторое время после прохождения точки 1, планета становится видимой и наблюдателю будет казаться, что она относительно Солнца отклоняется вправо.

Когда планета достигнет точки 2, наблюдатель увидит ее на в точке А. Затем в своем видимом движении планета совершает среди звезд петлю и начинает двигаться в обратном направлении. Удаление ее от Солнца уменьшается, она постепенно скрывается в его лучах и заходит одновременно с ним. В это время планета проходит за Солнцем. Через некоторое время планета становится снова видимой, но теперь уже слева от Солнца. Достигнув предельного отклонения от Солнца влево, планета в точке В снова делает петлю, меняет направление своего движения и затем начинает приближаться к Солнцу. Таким образом, видимое движение внутренней планеты представляется как бы колебанием ее около Солнца.

При положении планеты справа от Солнца она наблюдается на как утренняя звезда, а при положении слева - как вечерняя звезда.

Наиболее благоприятными условиями наблюдения внутренних планет являются условия, при которых они находятся вбизи точек наибольшего углового отклонения от Солнца. У Меркурия максимальное угловое отклонение достигает 28°, а у Венеры - 48°. Поскольку Меркурий находится близко к Солнцу, то наблюдать его трудно. Даже при максимальном угловом отклонении от Солнца его можно наблюдать только в сумерках вскоре после захода Солнца или непосредственно перед восходом Солнца. Венера при наибольшем угловом отклонении восходит примерно за 3-4 ч до восхода Солнца, а при вечерней видимости через столько же времени заходит после захода Солнца.

Экипажу самолета важно знать, когда, утром или вечером, будет видна планета Венера в заданную дату полета. Наиболее просто это можно определить по ААЕ. Для этого необходимо сравнить часовые углы Солнца и Венеры, взятые из ААЕ для заданной даты для любого целого часа времени. Если часовой угол Венеры больше часового угла Солнца, Венера будет видна утром на востоке, а если меньше - вечером на западе.

Внешние планеты обращаются вокруг Солнца на более далеком расстоянии, чем Земля. Поэтому характер их видимого движения несколько иной, чем у внутренних планет. Среди звезд они перемещаются медленнее видимого годового движения Солнца. Среди внешних планет наиболее быстрое видимое движение имеет Марс, который расположен ближе всего к Земле. Противостоянием называется положение планеты на относительно Земли в направлении, противоположном Солнцу. В противостоянии планета наблюдается в нулевой фазе (диск освещен полностью). Поэтому это положение планеты является самым удобным для ее наблюдения. В период противостояния планета находится в созвездии, противоположном тому, в котором в это время находится Солнце. Следовательно, в этом положении планета может быть видна на небе всю ночь. Для отыскания планет на небесной сфере пользуются специальными схемами, которые даны в приложении к ААЕ. На этих схемах показан видимый годовой путь среди звезд планет, используемых в авиационной астрономии (см. приложение 4). Видимое приводит к непрерывному изменению их экваториальных координат, значения которых даются в ААЕ на каждый час гринвичского времени.

Источники.

http://stu.sernam.ru/book_aa.php?id=7

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.

ТЕСТ . Небесная сфера (Гомулина Н.Н.)

1. Небесная сфера - это:
А) воображаемая сфера бесконечно большого радиуса, описанная вокруг центра Галактики;
Б) хрустальная сфера, на которой по представлению древних греков прикреплены светила;
В) воображаемая сфера произвольного радиуса, центром которой является глаз наблюдателя.
Г) воображаемая сфера - условная граница нашей Галактики.

2. Небесная сфера:
А) неподвижна, по ее внутренней поверхности движутся Солнце, Земля, другие планеты и их спутники;
Б) вращается вокруг оси, проходящей через центр Солнца, период вращения небесной сферы равен периоду обращения Земли вокруг Солнца, т. е. одному году;
В) вращается вокруг земной оси с периодом равным периоду вращения Земли вокруг своей оси, т.е. одним суткам;
Г) вращается вокруг центра Галактики, период вращения небесной сферы равен периоду вращения Солнца вокруг центра Галактики.

3. Причиной суточного вращения небесной сферы является:
А) Собственное движение звезд;
Б) Вращение Земли вокруг оси;
В) Движение Земли вокруг Солнца;
Г) Движение Солнца вокруг центра Галактики.

4. Центр небесной сферы:
А) совпадает с глазом наблюдателя;
Б) совпадает с центром Солнечной системы;
В) совпадает с центром Земли;
Г) совпадает с центром Галактики.

5. Северный полюс мира в настоящее время:
А) совпадает с Полярной звездой;
Б) находится в 1°,5 от a Малой Медведицы;
В) находится около самой яркой звезды всего небосвода - Сириуса;
Г) находится в созвездии Лиры около звезды Вега.

6. Созвездие Большой Медведицы совершает полный оборот вокруг Полярной звезды за время равное
А) одной ночи;
Б) одним суткам;
В) одному месяцу;
Г) одному году.

7. Ось мира это:
А) линия, проходящая через зенит Z и надир Z" и проходящая через глаз наблюдателя;
Б) линия, соединяющая точки юга S и севера N и проходящая через глаз наблюдателя;
В) линия, соединяющая точки востока E и запада W и проходящая через глаз наблюдателя;
Г) Линия, соединяющая полюса мира Р и Р" и проходящая через глаз наблюдателя.

8. Полюсами мира называются точки:
А) точки севера N и юга S.
Б) точки востока E и запада W.
В) точки пересечения оси мира с небесной сферой Р и Р";
Г) северный и южный полюса Земли.

9. Точкой зенита называется:

10. Точкой надира называется:
А) точка пересечения небесной сферы с отвесной линией, находящаяся над горизонтом;
Б) точка пересечения небесной сферы с отвесной линией, находящаяся под горизонтом;
В) точка пересечения небесной сферы с осью мира, находящаяся в северном полушарии;
Г) точка пересечения небесной сферы с осью мира, находящаяся в южном полушарии.

11. Небесным меридианом называется:
А) плоскость, проходящая через полуденную линию NS;
Б) плоскость, перпендикулярная оси мира Р и Р";
В) плоскость, перпендикулярная отвесной линии, проходящей через зенит Z и надир Z";
Г) плоскость, проходящая через точку севера N, полюсы мира Р и Р", зенит Z, точку юга S.

12. Полуденной линией называют:
А) линию, соединяющую точки востока E и запада W;
Б) линию, соединяющую точки юга S и севера N;
В) линию, соединяющую точки полюса мира Р и полюса мира Р";
Г) линию, соединяющую точки зенита Z и надира Z".

13. Видимые пути звезд, при движении по небу параллельны
А) небесному экватору;
Б) небесному меридиану;
В) эклиптики;
Г) горизонту.

14. Верхняя кульминация - это:
А) положение светила, в котором высота над горизонтом минимальна;
Б) прохождение светила через точку зенита Z;
В) прохождение светила через небесный меридиан и достижение наибольшей высоты над горизонтом;
Г) прохождение светила на высоте, равной географической широте места наблюдения.

15. В экваториальной системе координат основной плоскостью и основной точкой являются:
А) плоскость небесного экватора и точка весеннего равноденствия g;
Б) плоскость горизонта и точка юга S;
В) плоскость меридиана и точка юга S;
Г) плоскость эклиптики и точка пересечения эклиптики и небесного экватора.

16. Экваториальными координатами являются:
А) склонение и прямое восхождение;
Б) зенитное расстояние и азимут;
В) высота и азимут;
Г) зенитное расстояние и прямое восхождение.

17. Угол между осью мира и земной осью равен: А) 66°,5; Б) 0°; В) 90°; Г) 23°,5.

18. Угол между плоскостью небесного экватора и осью мира равен: А) 66°,5; Б) 0°; В) 90°; Г) 23°,5.

19. Угол наклона земной оси к плоскости земной орбиты равен: А) 66°,5; Б) 0°; В) 90°; Г) 23°,5.

20. В каком месте Земле суточное движение звезд происходит параллельно плоскости горизонта?
А) на экваторе;
Б) на средних широтах северного полушария Земли;
В) на полюсах;
Г) на средних широтах южного полушария Земли.

21. Где бы вы искали Полярную звезду, если бы вы находились на экваторе?
А) в точке зенита;

В) на горизонте;

22. Где бы вы искали Полярную звезду, если бы вы находились на северном полюсе?
А) в точке зенита;
Б) на высоте 45° над горизонтом;
В) на горизонте;
Г) на высоте, равной географической широте места наблюдения.

23. Созвездием называется:
А) определенная фигура из звезд, в которую звезды объединены условно;
Б) участок неба с установленными границами;
В) объем конуса (со сложной поверхностью), уходящего в бесконечность, вершина которого совпадает с глазом наблюдателя;
Г) линии, соединяющие звезды.

24. Если звезды в нашей Галактике движутся в разных направлениях, причем относительная скорость движения звезд достигает сотни километров в секунду, то следует ожидать, что очертания созвездий заметно изменяются:
А) в течение одного года;
Б) за время, равное средней продолжительности человеческой жизни;
В) за века;
Г) за тысячелетия.

25. Всего на небе насчитывается созвездий: А)150; Б)88; В)380; Г)118.

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.