Как найти небесный меридиан

Точки и линии небесной сферы — как найти альмукантарат, где проходит небесный экватор, что представляет собой небесный меридиан.

Что представляет собой Небесная сфера

Небесная сфера – абстрактное понятие, воображаемая сфера бесконечно большого радиуса, центром которой является наблюдатель. При этом центр небесной сферы как бы находится на уровне глаз наблюдателя (иными словами, все что вы вы видите над головой от горизонта до горизонта – и есть эта самая сфера). Впрочем, для простоты восприятия, можно считать центром небесной сферы и центр Земли, никакой ошибки в этом нет. Положения звезд, планет, Солнца и Луны на сферу наносят в таком положении, в каком они видны на небе в определенный момент времени из данной точки нахождения наблюдателя.

Иными словами, хотя наблюдая положение светил на небесной сфере, мы, находясь в разных местах планеты, постоянно будем видеть несколько различную картину, зная принципы “работы” небесной сферы, взглянув на ночное небо мы без труда сможем сориентироваться на местности пользуясь простой техникой. Зная вид над головой в точке А, мы сравним его в с видом неба в точке Б, и по отклонениям знакомых ориентиров, сможем понять где именно находимся сейчас.

Люди давно уже придумали целый ряд инструментов облегчающих нашу задачу. Если ориентироваться по “земному” глобусу просто с помощью широты и долготы, то целый ряд подобных элементов – точек и линий, предусмотрен и для “небесного” глобуса – небесной сферы.

Элементы небесной сферы

Небесная сфера имеет ряд характерных точек, линий и кругов, рассмотрим основные элементы небесной сферы.

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

Истинный горизонт — 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 (Земная ось) — прямая, вокруг которой происходит видимое суточное вращение небесной сферы. 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, а противоположный полюс называется Южным полюсом.

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 небесного экватора.

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, — большой круг на небесной сфере, проходящий через полюсы мира 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 — малый круг на небесной сфере, проведенный через светило параллельно плоскости истинного горизонта.

Все отмеченные выше элементы небесной сферы активно используются для решения практических задач ориентирования в пространстве и определения положения светил. В зависимости от целей и условий измерения применяют две отличающиеся системы сферических небесных координат.

В одной системе светило ориентируют относительно истинного горизонта и называют эту систему горизонтальной системой координат, а в другой — относительно небесного экватора и называют экваториальной системой координат.

В каждой из этих систем положение светила на небесной сфере определяется двумя угловыми величинами подобно тому, как при помощи широты и долготы определяется положение точек на поверхности Земли.

источник: по книге “Авиационная астрономия”

Популяризации знаний из области астрономии сегодня во многом способствует интерес к астрологии, гороскопам и тайным знаниям. Но такие романы, как «Карта (тайна) небесной сферы, или Тайный меридиан» известного романиста из Испании Артуро Переса-Реверте, который стал бестселлером с 2007 года, не восполняют знания из области классической астрономии. В статье рассмотрим понятие небесной сферы. И, конечно, ее характеристики – небесный меридиан и экватор.

Полуденный показатель

Именно так с латыни переводится само слово «меридиан». Под ним понимается линия сечения любой поверхности плоскостью, которая проходит через ось симметрии тела.

Вам будет интересно:Что такое апофема для многоугольника и пирамиды? Апофема правильной четырехугольной пирамиды

Существуют астрономические, географические, магнитные меридианы. В народном целительстве есть понятия меридианов человеческого тела.

С понятием меридиана связано развитие астрологии как науки о связи расположения звезд в момент рождения человека и влиянии их на судьбу. Именно так древними астрологами были выделены в полосе эклиптики каждые 16 градусов, которые и образовали двенадцать зодиакальных знаков-созвездий.

И хотя сегодня наши знания о расположении звезд на небесном своде гораздо шире, но зодиакальные обозначения продолжают использоваться в астрономии.

Вам будет интересно:Микроскопы «Микромед»: обзор, описание, характеристики

Такие разные меридианы

В упомянутом романе речь идет о тайном небесном меридиане, расшифровка которого связана с сокрытыми сокровищами иезуитов. А сколько на самом деле меридианов?

В астрономии выделяют следующие:

• Меридиан астрономический или истинный. Это линия на поверхности земли, на которой все точки характеризуются одинаковой астрономической долготой. Плоскость этого меридиана проходит через направление отвеса в любой точке и параллельна оси вращения планеты.
• Небесным меридианом называется круг на небесной сфере, который проходит через полюсы мира и соединен с зенитом точки наблюдения.
• Меридиан Гринвичский. Это условная линия, которая проходит через Гринвичскую обсерваторию (Англия). Именно от него сегодня ведется счет астрономической долготы в западном и восточном направлениях.

Тайный меридиан

Но так было не всегда, а лишь с 1884 года, когда именно Гринвичский меридиан был принят во всех странах в качестве нулевого. А произошло это в соответствии с решением первой Международной меридианной конференции.

В Российской империи до данного события использовался как нулевой Пулковский меридиан, во Франции – Парижский, во многих странах – меридиан Ферро.

А в средние века вообще за нулевой меридиан могли принять любой. Именно в связи с этим и существует легенда о тайном меридиане.

Небесный свод

Наблюдателю кажется, что все звезды располагаются на поверхности огромной сферы, которая вращается в направлении с востока на запад. Это заметили еще в глубокой древности, и первыми астрономами (Аристотель, Птолемей) было обозначено понятие небесной сферы с четким расположением на ней небесных тел.

Именно тогда появилась сферика – наука про положение звезд и составление их каталогов и карт. И пусть представления древних астрономов и были ошибочны, но такая модель небесной сферы оказалась очень удачной.

Основные термины

Итак, сегодня небесной сферой называют воображаемую сферу с произвольным радиусом, на которой спроецировано расположение небесных тел.

Элементами небесной сферы являются:

• Отвесная линия – прямая, которая проходит через центр сферы и совпадает с направлением отвесной прямой в точке наблюдения. Пересечение этой линии с небесной сферой называется зенит, а в точке на поверхности планеты или же под ногами у наблюдателя – надир.
• Истинный горизонт – плоскость круга небесной сферы, перпендикулярная отвесной линии.
• Вертикал светила – полукруг сферы, который проходит через светило и соединяет надир с зенитом.

Понятия, связанные с вращением небесной сферы

• Ось мира – это воображаемая прямая, которая проходит через центр и пересекается с поверхность самой сферы в полюсах (северном и южном).
• Небесный экватор – большой круг, перпендикулярно пересекающий ось мира. Он делит сферу на северное и южное полушария.
• Круг сферы, который проходит через отвесную линию и ось, – небесный меридиан. Плоскость его также делит сферу на два полушария – восточное и западное.
• Полуденная линия – условная прямая, где пересекаются плоскости меридиана и горизонта.

Как располагается ось мира относительно небесного меридиана, иллюстрирует рисунок ниже.

Становится понятно, что ось мира расположена параллельно оси вращения планеты и находится в плоскости меридиана. А сам небесный меридиан пересекается с горизонтом в точках севера и юга.

Системы сферических координат

Каждой звезде соответствует точка на небесной сфере с соответствующими координатами. При этом положение и движение светил может изучаться в разных системах сферических координат, например:

• Горизонтальная топоцентрическая. В данном случае фундаментальной точкой отсчета считают положение наблюдателя, а центральной плоскостью – истинный (математический) горизонт.
• Первая и вторая экваториальные системы за фундаментальную плоскость берут экватор.
• Эклиптическая использует плоскость эклиптики (большой круг небесной сферы, по которому Солнце перемещается в течение года).
• Галактическая система координат основана на использовании плоскости, на которой размещена наша галактика.

Кульминации светил

Каждая звезда на небесной сфере два раза в сутки проходит небесный меридиан. При этом в своем верхнем положении светило расположено к югу, а в нижнем – к северу от полюсов. Именно явления, когда центр светила проходит небесный меридиан, называются кульминациями. При этом стоит отметить, что явления доступны для наблюдения только у восходящих и заходящих светил.

Для наблюдения за движениями светил используют телескопы, установленные в их плоскости (пассажные инструменты).

Для астронома-любителя

Но и без специальных приборов и при минимальных астрономических знаниях можно наблюдать за движением светил и даже измерять расстояния между ними.

Как известно, расстояния между звездами измеряются в угловых градусах. Полный круг для светила равен 360 градусов. Например, изменение расстояния между звездами можно, хоть и приближенно, заметить при сравнении угла между ними.

Кроме того, знание координат светила в тот или иной временной промежуток значительно упрощает их поиск на небесном своде для астронома-любителя. В домашний телескоп так можно увидеть Меркурий (очень недолго), Венеру (и то только в виде серпа) и Марс (только раз в два года – в период противостояния). А самыми захватывающими будут наблюдения за Юпитером и Сатурном.

Подведем итог

Величайшие открытия нашей цивилизации связаны с понятием небесных координат. Прецессия и нутация нашей планеты, аберрации и параллаксы звезд, черные дыры и разноцветные карлики – эти и другие открытия продолжают будоражить умы ученых и любителей. Знания о небесных координатах дали человечеству возможность решать задачи времени, определять географическое положение на планете, составить каталоги и карты звезд.

Значение этих знаний сложно переоценить в астрономии, астрофизике, космонавтике.

И в астрологии также. Ведь именно обнаружение тринадцатого знака зодиака – Змееносца – внесло в астрологию немало скептицизма. А появилось это созвездие в эклиптике благодаря тому, что изменилась прецессия Земли. Но это тема уже совсем другой статьи.

При изучении
видимых движений небесных тел необходимо
с той или иной степенью точности
определять их положения в моменты
наблюдений. При этом нет необходимости
знать расстояния до них, поскольку все
тела представляются нам как бы находящимися
на внутренней поверхности некоторой
сферы произвольного радиуса.

Воображаемая сфера
произвольного радиуса с центром в точке
наблюдения, на внутренней поверхности
которой расположены светила так, как
они видны на небе в некоторый момент
времени из точки наблюдения, называется
небесной
сферой.

Вращение небесной
сферы повторяет вращение небесного
свода.

Небесная сфера
служит для изучения видимых положений
и движений небесных тел. Для этого на
ее поверхности фиксируются основные
линии и точки, по отношению к которым и
производятся соответствующие измерения.

Рис. 1.1.
Элементы небесной сферы (часть 1).

Линия, проходящая
через центр О
небесной сферы (рис. 1.1) и совпадающая с
направлением нити отвеса в месте
наблюдения, называется отвесной
или вертикальной
линией.

Отвесная линия
пересекается с поверхностью небесной
сферы в двух точках: в зените
Z,
над головой наблюдателя, и в диаметрально
противоположной точке — надире
Z‘.

Большой круг
небесной сферы,
плоскость которого перпендикулярна к
отвесной линии, называется математическим
или истинным
горизонтом.
Математический горизонт делит поверхность
небесной сферы на две половины: видимую
для наблюдателя, с вершиной в зените Z,
и невидимую,
с вершиной
в надире Z‘.

Математический
горизонт следует отличать от видимого
горизонта
(линии, вдоль которой «небо сходится с
Землей»). Видимый горизонт на суше —
неправильная линия, точки которой лежат
то выше, то ниже истинного горизонта. В
открытом море видимый горизонт всегда
малый круг, плоскость которого параллельна
плоскости математического горизонта.

Малый круг небесной
сферы,
проходящий через светило М
и плоскость которого параллельна
плоскости математического горизонта,
называется альмукантаратом
светила.

Большой полукруг
небесной сферы,
проходящий через зенит, светило М
и надир, называется кругом
высоты
или вертикалом
светила.

Рис. 1.2.
Элементы небесной сферы (часть 2).

Диаметр, вокруг
которого происходит суточное вращение
небесной сферы (рис. 1.2), называется осью
мира.
Ось мира пересекается с поверхностью
небесной сферы в двух точках: в
северном
полюсе мира
Р и южном
полюсе мира
Р’. Северный
полюс тот, со стороны которого вращение
небесной сферы происходит по часовой
стрелке, если смотреть на сферу извне.
Большой круг небесной сферы,
плоскость которого перпендикулярна к
оси мира, называется небесным
экватором.
Небесный
экватор делит поверхность небесной
сферы на два полушария: северное,
с северным
полюсом мира Р,
и южное, с
южным полюсом мира Р’.

Малый круг небесной
сферы,
проходящий через светило М
и плоскость которого параллельна
плоскости небесного экватора, называется
небесной
или суточной
параллелью
светила М.
Видимые суточные движения светил
совершаются по суточным параллелям.

Большой полукруг
небесной сферы,
проходящий через полюсы мира и через
светило М,
называется часовым
кругом
или кругом
склонения
светила.

Небесный экватор
пересекается с математическим горизонтом
в двух точках: в точке
востока
Е и в точке
запада
W.

Большой круг
небесной сферы,
проходящий через полюс мира и зенит,
называется небесным
меридианом.

Небесный меридиан
делит поверхность небесной сферы на
два полушария: восточное,
с точкой востока Е,
и западное,
с точкой
запада W.

Небесный меридиан
пересекается с математическим горизонтом
в двух точках: в
точке
севера
N
и в
точке
юга S.
Точкой севера называется та, которая
ближе к северному полюсу мира. Точка
юга— ближе к южному полюсу мира.

Плоскость небесного
меридиана и плоскость математического
горизонта пересекаются по прямой линии
NOS,
которая называется полуденной
линией.

Небесный меридиан
пересекается с небесным экватором также
в двух точках: в
верхней
точке
экватора
Q,
которая ближе к зениту, и в нижней
точке экватора
Q‘,
которая ближе к надиру.

Дуга небесного
меридиана PZQSP‘
является его верхней
частью, а
дуга PNQ‘Z‘P‘
— нижней.

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]

• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #

Из статьи вы узнаете: что такое небесная сфера, как она устроена, что такое отвесная линия и какие понятия с ней связаны, как происходит суточное вращение и какие сферические системы координат существуют. А также, как меняется вид звездного неба в зависимости от времени года, суток и места вашего расположения.

Что такое небесная сфера

Долгое время люди считали Землю плоским диском, и что все небесные тела вращаются вокруг него по небесному куполу. Времена невежества давно прошли, а с полетом в космос не осталось никаких сомнений, что земля имеет форму шара. Но понятие купола трансформировалось в термин “небесная сфера”.

Небесная сфера – это шар неограниченного размера, на него спроецированы все видимые звезды. В центре находится наблюдатель, от которого и строится вся сфера вне зависимости от того, находится ли он на Земле или на борту космической станции. Такая проекция призвана упрощать решение астрономических задач.

Каждый элемент в космосе спроецирован на небесной сфере земли. Зачастую астрономы используют разные координатные системы для решения разных задач, но все они схожи. Наука, изучающая расположение звезд на сфере носит название сферической астрономии и включает в себя особые виды механики и тригонометрии, которые были разработаны специально для работы с поверхностью шара, а не плоскостями, как большинство тригонометрических наук.

Элементы небесной сферы

Небесная сфера включает в себя не только расположение всех светил, но и многие ориентиры, с помощью которых ученые могут четко определять, измерять и прогнозировать движение звезд. Важно понимать, что в большинстве расчетов сфера представляет собой лишь чертеж, на котором обозначены многие условные обозначения, рассмотренные ниже.

Отвесная линия и связанные с ней понятия

Для того чтобы ориентироваться по небесной сфере, на ней существует собственная координатная сетка, но вместо осей ординат и абсцисс на ней есть круги высот и альмукантараты.

Суточное вращение небесной сферы и связанные с ним понятия

Вместе круги светил и суточные параллели образуют еще одну систему координат, называемую экваториальной.

Термины, связанные с понятием “Отвесная линия” и “Вращение небесной сферы”

Так как небесный экватор и истинный горизонт – это два круга, у них есть всего 2 точки пересечения. Они называются точками запада и востока. Небесные светила всегда восходят из-за горизонта возле точки востока, а заходят возле точки запада.

Годовое движение Солнца по небесной сфере

Солнце движется на небесной сфере по определенной траектории, называемой эклиптикой. Она образует круг, который отклонен от небесного экватора на 23 градуса.

В точках равноденствия эклиптика пересекает небесный экватор. Они называются точками весеннего и осеннего равноденствия, так как через них солнце переходит из северного полушария в южное и наоборот. Обе точки равноденствия соединены прямой, проходящей через центр сферы, называемой линией равноденствия.

Если провести от центра линии равноденствия прямую, перпендикулярную плоскости небесного экватора, то она отметит на небесной сфере еще две важные точки – летнего и зимнего солнцестояния.

Чаще всего на схемах и моделях точки равноденствия и солнцестояния обозначаются зодиакальными символами, которые соответствовали созвездиям, в которых размещены отметки на сфере:

• Весеннее равноденствие – Овен;
• Осеннее равноденствие – Весы;
• Зимнее солнцестояние – Козерог;
• Летнее солнцестояние – Рак

Сферические системы координат

На поверхности небесной сферы проблематично пользоваться классической трехмерной системой координат. Для этого была разработана специальная система небесных координат, с помощью которой астрономы могут фиксировать и описывать положение всех наблюдаемых небесных тел. Две первичные координаты определяются двумя дугами, а третья (расстояние до объекта) часто может быть неизвестна.

Известно, что сферические системы начали применяться еще около 2500 лет назад. Первым описал поведение геометрических фигур и их взаимодействие на поверхности шара Евклид. В последствии его труды стали использоваться физиками и астрономами по всему миру и получили название “Евклидова геометрия”.

Горизонтальная система координат

Чаще всего используется, когда центр небесной сферы находится на поверхности земли для определения положения какого-либо тела на небе. Для получения координат не требуется сложных расчетов и они могут быть получены при помощи простого телескопа на азимутальной установке. Благодаря своей простоте и распространенности, используется большинством астрономических программ для записи положений звезд.

Согласно этой координатной системе, точка отсчета находится в центре небесной сферы и в качестве основной использует плоскость истинного горизонта. Первая координата обычно определяется либо по высоте необходимой точки, либо по ее зенитному расстоянию. Вторая координата определяется азимутом.

Разберем эти термины подробнее:

• Высота (h) – это дуга, проведенная под прямым углом от точки пересечения горизонта с небесной сферой до светила. Единица измерения – угол между отрезками от светила до центра сферы и от центра сферы до точки пересечения линии высоты с горизонтом. Измеряется в градусах от 90 до -90.
• Зенитное расстояние (z) может быть измерено несколькими способами. Во-первых, как угол между отвесной линией и точкой пересечения небесной сферы с радиусом, соединяющим светило и центр сферы. Во-вторых как расстояние от зенита до светила. Также, как и высота измеряется в градусах, но в диапазоне от 0 до 180, где 0 – это точка зенита, а 180 – надира.
• Азимут (А) – это угол дуги, проведенной от южной точки до круга светила. Отсчитывается азимут всегда к западу и измеряется в диапазоне от 0 до 360 градусов, но в некоторых научных документах можно встретить и диапазон от 180 до -180. Не стоит путать астрономический азимут с навигационным, так как последний отсчитывается по направлению к северу.

Координаты светил на небесной сфере постоянно изменяются как вследствие вращения самой сферы, так и из-за причин от нее не зависящих. Так, например, приведенные выше измерения меняются естественно, в результате суточного вращения, но такие показатели, как, например, склонение, или прямое восхождение остаются постоянными вне зависимости от вращения сферы. Они могут меняться лишь под воздействием внешних сил.

Экваториальная система координат № 1

Для использования этой системы требуется специальная установка с телескопом, называемая экваториальной. Наиболее распространено ее применение для определения точного времени движения небесных тел.

Часовой угол напрямую зависит от координаты склонения. Он представляет собой угол между центром сферы, точкой, где экватор пересекается с меридианом и точкой склонения. В разных документах могут встречаться как измерения в градусах (от 0 до 360), так и в часовом представлении (от 0 до 24 часов). Также встречается отчет от 180 до -180 градусов и от 12 до -12 часов.

Экваториальная система координат № 2

Это основная система координат в астрономии. Она позволяет не только определять местоположение отдельных звезд, но и составлять точнейшие звездные карты. Ее основное отличие в том, что она зависима от точки весеннего равноденствия, изменение положения которой характерно для определения эпохи исследования. Из-за этого при изучении данных, полученных в прошлом обязательна корректировка по параллаксу и вычисление координаты точки весеннего равноденствия для конкретной даты.

Прямое восхождение – это дуга, соединяющая точку весеннего равноденствия и круг склонения светила. В отличии от остальных координатных систем, во второй экваториальной координаты отсчитываются в сторону противоположную направлению движения сферы. Также, как и часовой угол, восхождение измеряется и в градусах (0–60), и в часах (0–4).

Еще одна величина, характерная только для этой системы – RA. Она представляет собой сферическую аналогию долготы. Как и долгота, она измеряет угол вдоль экватора относительно конкретной точки, называемой нулевым меридианом. Эта точка обозначает ближайшее к точке весеннего равноденствия место, где Солнце пересекает небесный меридиан.

Эклиптическая система координат

Как следует из названия, основание этой координатной системы – плоскость эклиптики.

Две ее основные координаты – это эклиптическая широта и эклиптическая долгота:

1. Эклиптическая широта – это угол, между центром небесной сферы, плоскостью эклиптики и точкой, которой обозначено светило. Измеряется широта в диапазоне от 90 до -90 градусов от северного полюса к южному.
2. Эклиптическая долгота же представляет собой угол между кругом широты и отрезком от центра сферы до точки весеннего равноденствия. Как и большинство других координат, измеряется в градусах, от 0 до 360 в сторону движения солнца по сфере.

В основном эта система координат используется для изучения тел, входящих в Солнечную систему. Например, для определения орбит планет и их спутников.

Изменение вида звездного неба в зависимости от места, времени суток и года

На движение небесной сферы в первую очередь влияет то, когда и откуда происходят наблюдения. Так, например, если наблюдатель находится в точке зенита, то видимые звезды для него никогда не изменятся. Они будут вращаться вокруг зенита и ни одна звезда не зайдет и не поднимется из-за горизонта. Именно поэтому с каждого из полюсов доступно лишь одно полушарие небосвода, а звезды второго будут все время скрыты.

Однако, уже на экваторе ситуация полностью противоположная. Звезды на небесной сфере здесь постоянно движутся и с экватора можно видеть абсолютно все светила обоих полушарий. Двигаться они будут перпендикулярно горизонту в противоположную вращению земли сторону.

Однако, не только суточный цикл планеты влияет на движение звезд. Земля также движется и вокруг Солнца, что тоже накладывает свой отпечаток. Каждый день траектория движения Солнца по небу немного изменяется. Ученые выяснили, что это изменение равно 4 угловым секундам, при скорости поворота планеты 1уг.сек/мин становится очевидно, что каждый день становится на 4 минуты длиннее или короче в зависимости от полушария. Для астрономов же это значит, что звездные сутки короче солнечных на 4 минуты.

Это также говорит о том, что каждую ночь созвездия, восходящие на небе смещаются по направлению с востока на запад на 4 угловых секунды вместе с солнцем. Таким образом каждый месяц длительность светового дня изменяется примерно на 1,5-2 часа, а, созвездия, которые можно было наблюдать на небе, полностью проходят путь через всю небесную сферу, уступая место следующим. Через год, когда планета делает полный оборот вокруг Солнца, этот цикл замыкается и начинается заново.

Глядя на мириады звезд в ночном небе человек задумывается о своем месте во Вселенной. Популяризация астрономических знаний и всеобщий интерес к астрологии не восполняют пробелы в знаниях об устройстве мироздания. И хотя все учили астрономию в школе, в данной статье напомним о некоторых основополагающих понятиях: это небесный меридиан, небесный экватор и координаты небесной сферы.

Предисловие

Когда смотришь на звездное небо, кажется, что все небесные объекты расположены на поверхности сферы – гигантской и вращающейся в направлении Запада. Еще первые известные нам астрономы Мусейона (Древний Египет, 296-270 годы да нашей эры) Тимохарис и Аристилл обозначили понятия небесной сферы и начали уточнение положения звезд на ней. Именно тогда зародилась наука сферика, которая занимается изучением видимого положения звезд и составлением звездных каталогов и карт. И хотя мы знаем, что представление о небесном своде древних ошибочно, но и сегодня именно такая модель наиболее удобна для описания звездного неба.

Академические понятия

Небесная сфера – это воображаемый гигантский купол произвольного радиуса, внутренняя поверхность которого усыпана звездами, которые наблюдатель видит с Земли. Эта воображаемая сфера имеет целый ряд точек и линий, которые помогают понять движение и расположение небесных тел. Подобно географическим линиям координат на поверхности планеты, небесная сфера также поделена соответствующими линиями. Наивысшая точка сферы над головой наблюдателя называется зенитом (противоположная точка — надиром), а неподвижная ось этой сферы называется осью мира. Она проходит через северный и южный полюса и через глаз наблюдателя, и остается совершенно неподвижной. На два полушария перпендикулярно оси небесную сферу разделяет экватор, а круг, проходящий через полюса и зенит, – это небесный меридиан. Круг небесной сферы, который образуется при пересечении ее и горизонтальной плоскости, что проходит через глаз наблюдателя перпендикулярно отвесной линии в точке наблюдения, – это истинный (математический) горизонт.

Наблюдатель и звезды

Вид небосвода зависит от расположения наблюдателя на поверхности планеты. На Южном и Северном полюсах он увидит абсолютно разные картинки звездного неба. Звезды и небесная сфера вращаются вокруг полюса мира: в случае с Северным полюсом планеты это зенит Полярной звезды, а вот на Южном полюсе никакой яркой звезды нет. Наблюдатель, находящийся на экваторе планеты, теоретически видит оба полюса мира и все звезды. Но где бы мы ни наблюдали за звездами, главная линия на небесной сфере — это небесный меридиан.

Взаимосвязь плоскостей

Меридиан, или круг, проведенный через полюсы и зенит с надиром, пересекается с горизонтом в точках севера и юга. Линия пересечения плоскости небесного горизонта и меридиана – это полуденная линия. Если провести линию через центр сферы перпендикулярно полуденной, то она пересечет горизонт в точках запада и востока. Небесный экватор пересекается с горизонтом именно в этих точках и делит сферу на северное и южное полушария.

Кульминации

Любое светило проходит небесный меридиан два раза в сутки. В самом высоком положении оно будет находится к югу от полюса, а в самом нижнем – к северу. Явление прохождения небесного меридиана светилом называется кульминацией, верхней и нижней соответственно. Для наблюдения кульминаций используются пассажные инструменты — телескопы, которые установлены в его плоскости. Ось мира относительно плоскости небесного меридиана расположена параллельно и к местному горизонту наклонена под углом, соответствующим географической широте местности наблюдения. Планеты проходят кульминации дважды в сутки, что и послужило ориентирами для развития картографии небесной сферы.

Системы небесных координат

Зачем человечеству необходимы все эти линии небесного меридиана? Они используются в астрономии для определения положения небесных тел. Существует множество систем координат, которые отличаются выбором фундаментальной плоскости и точкой отсчета. Но все они предполагают задание положения в виде двух угловых величин или дуг и называются сферическими системами координат, а именно:

• Горизонтальная топоцентрическая – центром является местонахождение наблюдателя, фундаментальной – плоскость истинного горизонта.
• Первая и вторая экваториальная, фундаментальная плоскость в данном случае — это плоскость экватора.
• Эклиптическая – фундаментальной плоскостью выбрана плоскость эклиптики (большого круга небесной сферы, по которому проходит годичное перемещение Солнца).
• Галактическая – в данной системе основной является плоскость нашей Галактики.

Наиболее часто используемые — это горизонтальная и экваториальная системы.

Использование и применение систем координат

Большинство компьютерных современных программ используют для определения положения светил горизонтальную топоцентрическую систему, данные для которой могут быть получены при помощи угломерных приборов и при наблюдениях в телескоп на азимутальной установке. Экваториальные системы чаще применяются при определении точного времени и при наблюдениях в телескоп на экваториальной установке. Эклиптическая система используется для расчета орбит планет или Луны. Однако чаще всего приходится использовать несколько систем. Например, для расчета координат Луны сначала проводят расчеты в эклиптической системе, потом пересчитывают данные в экваториальной, а затем переходят к горизонтальной топоцентрической системе координат.

Если вы астроном-любитель

Даже без специальных приборов расстояние между небесными телами можно оценить, хотя и очень приближенно. Так как наблюдатель всегда находится в центре, а небо представляет собой сферу, то все расстояния между объектами измеряются в углах. Полный круг соответствует 360 градусам. Можно приближенно определить угол, сравнивая его с расстоянием между пальцами вытянутой руки. Если же необходимы более точные данные для определения местонахождения небесного объекта, используют астрокомпас с прямоугольной системой координат.

Небесные меридианы и астрология

Что звезды меняют свое положение в пространстве, заметили еще древние жители нашей планеты. Однако наиболее заметное движение можно наблюдать у Солнца, Луны, планет относительно далеких звезд, движение которых можно заметить при наблюдении за ними на протяжении столетий. Древние наблюдатели в полосе около 16 градусов вдоль эклиптики выделили двенадцать созвездий, названных зодиакальными. Именно им придавалось огромное значение астрологами. Но сегодня, по прошествии веков, прецессия Земли изменила основные точки эклиптики. И тринадцатым знаком, где могут появиться Солнце и планеты, стало созвездие Змееносца (Ophiuchus), которое не является зодиакальным. Именно этому обязаны все скептические замечания в сторону астрологии. Но знаки зодиака и сегодня используются в астрономии для обозначения совокупности звезд на небесном небосводе. Например, одна из двух самых важных точек на небесной сфере, где солнечная эклиптика пересекает экватор, обозначается знаком созвездия Овен (Ophiuchus).

Подводя итог

Наблюдения за положением звезд на небесной сфере сыграли свою роль в величайших открытиях человечества. Прецессия и нутация Земли, аберрации и параллакс звезд и сегодня продолжают играть важнейшую роль в космонавтике и астрономии. Знание небесных координат и небесного меридиана – это решение задач измерения времени, определение географических координат на Земле, каталоги звезд. Кроме того, эти знания дают информацию о пространственном распределении звезд, что используется при изучении движения естественных и искусственных небесных тел и при постановке проблем в звездной астрономии и астрофизике. Знание того, в каких точках небесный меридиан пересекается с линией горизонта, во многом определило развитие научно-технического прогресса человечества с самых давних времен его существования.