Laboratoriearbejde ”Grundlæggende elementer i den himmelske sfære. Himmelsfære

Emne 4. HIMMELSK Sfære. ASTRONOMISKE KOORDINATSYSTEMER

4.1. HIMMELSfære

Himmelsfære - en imaginær sfære med vilkårlig radius, hvorpå himmellegemerne projiceres. Tjener til at løse forskellige astrometriske problemer. Observatørens øje anses normalt for at være centrum af himmelkuglen. For en iagttager på Jordens overflade, reproducerer rotationen af ​​himmelkuglen den daglige bevægelse af armaturerne på himlen.

Ideen om den himmelske sfære opstod i oldtiden; den var baseret på det visuelle indtryk af eksistensen af ​​en hvælvet himmelhvælving. Dette indtryk skyldes, at det menneskelige øje som følge af himmellegemernes enorme afstand ikke er i stand til at forstå forskellene i afstandene til dem, og de fremstår lige så fjerne. Blandt gamle folk var dette forbundet med tilstedeværelsen af ​​en ægte kugle, der afgrænsede hele verden og bar adskillige stjerner på dens overflade. Således, efter deres opfattelse, var himmelsfæren det vigtigste element i universet. Med udviklingen af ​​videnskabelig viden forsvandt dette syn på himmelsfæren. Imidlertid fik himmelkuglens geometri, der blev fastlagt i oldtiden, som et resultat af udvikling og forbedring, en moderne form, hvor den bruges i astrometri.

Radius af himmelkuglen kan tages på enhver måde: For at forenkle geometriske forhold antages den at være lig med enhed. Afhængigt af problemet, der skal løses, kan midten af ​​himmelkuglen placeres på stedet:

hvor er observatøren placeret (topocentrisk himmelsfære),

til jordens centrum (geocentrisk himmelsfære),

til midten af ​​en bestemt planet (planetocentrisk himmelkugle),

til midten af ​​Solen (heliocentrisk himmelkugle) eller til et hvilket som helst andet punkt i rummet.

Hvert lysstof på himmelkuglen svarer til et punkt, hvor det skæres af en lige linje, der forbinder midten af ​​himmelkuglen med lyset (med dets centrum). Når man studerer de relative positioner og synlige bevægelser af armaturer på himmelsfæren, vælges et eller andet koordinatsystem, bestemt af hovedpunkter og linjer. Sidstnævnte er normalt store cirkler af himmelsfæren. Hver storcirkel i en kugle har to poler, defineret på den af ​​enderne af en diameter vinkelret på planet for den givne cirkel.

Navne på de vigtigste punkter og buer på himmelsfæren

Blood line (eller lodret linje) - en lige linje, der går gennem jordens centre og himmelsfæren. Et lod skærer overfladen af ​​himmelkuglen i to punkter - zenit , over observatørens hoved, og nadir – diametralt modsat punkt.

Matematisk horisont - en storcirkel af himmelkuglen, hvis plan er vinkelret på lodlinjen. Den matematiske horisonts plan passerer gennem midten af ​​himmelkuglen og deler dens overflade i to halvdele: synlig for observatøren, med toppunktet i zenit, og usynlig, med toppen ved nadir. Den matematiske horisont falder muligvis ikke sammen med den synlige horisont på grund af ujævnheder i Jordens overflade og forskellige højder af observationspunkter, samt bøjningen af ​​lysstråler i atmosfæren.

Ris. 4.1. Himmelsfære

axis mundi - himmelkuglens tilsyneladende rotationsakse parallelt med Jordens akse.

Verdensaksen skærer overfladen af ​​himmelkuglen på to punkter - verdens nordpol Og verdens sydpol .

Himmelsk pæl - et punkt på himmelkuglen, omkring hvilket stjernernes synlige daglige bevægelse sker på grund af Jordens rotation omkring sin akse. Verdens nordpol er placeret i stjernebilledet Ursa Minor, sydlig i stjernebilledet Oktant. Som resultat præcession Verdens poler skifter omkring 20" om året.

Højden af ​​den himmelske pol er lig med observatørens breddegrad. Den himmelske pol, der er placeret i den over horisontale del af kuglen, kaldes forhøjet, mens den anden himmelpol, der er placeret i den del af kuglens underhorisont, kaldes lav.

Himmelsk ækvator - en stor cirkel af himmelsfæren, hvis plan er vinkelret på verdens akse. Den himmelske ækvator deler overfladen af ​​himmelkuglen i to halvkugler: nordlige halvkugle , med sit topmøde ved den nordlige himmelpol, og Sydlige halvkugle , med sin top ved den sydlige himmelpol.

Den himmelske ækvator skærer den matematiske horisont på to punkter: punkt øst Og punkt vest . Det østlige punkt er det punkt, hvor punkterne på den roterende himmelkugle skærer den matematiske horisont og går fra den usynlige halvkugle til den synlige.

Himmelsk meridian - en stor cirkel af himmelsfæren, hvis plan passerer gennem lodlinjen og verdens akse. Den himmelske meridian deler himmelkuglens overflade i to halvkugler - østlige halvkugle , med sin spids i østpunktet, og Vestlige halvkugle , med spidsen i punktet vest.

Middagslinje – skæringslinjen mellem den himmelske meridians plan og den matematiske horisonts plan.

Himmelsk meridian skærer den matematiske horisont på to punkter: nordlige punkt Og punkt syd . Nordpunktet er det, der er tættere på verdens nordpol.

Ekliptik – banen for Solens tilsyneladende årlige bevægelse hen over himmelsfæren. Ekliptikkens plan skærer planet for den himmelske ækvator i en vinkel ε = 23°26".

Ekliptikken skærer den himmelske ækvator på to punkter - forår Og efterår jævndøgn . Ved forårsjævndøgn bevæger Solen sig fra den sydlige halvkugle af himmelsfæren til den nordlige, ved punktet for efterårsjævndøgn - fra den nordlige halvkugle af himmelkuglen til den sydlige.

Punkter i ekliptika, der er 90° fra jævndøgn, kaldes prik sommer solhverv (på den nordlige halvkugle) og prik vinter solhverv (på den sydlige halvkugle).

Akse ekliptika - diameter af himmelkuglen vinkelret på ekliptikplanet.

4.2. Himmelsfærens hovedlinjer og planer

Den ekliptiske akse skærer overfladen af ​​himmelkuglen på to punkter - ekliptikas nordpol , der ligger på den nordlige halvkugle, og sydpolen af ​​ekliptika, ligger på den sydlige halvkugle.

Almucantarat (arabisk cirkel med lige høje højder) luminary - en lille cirkel af den himmelske sfære, der passerer gennem luminary, hvis plan er parallelt med planet for den matematiske horisont.

Højde cirkel eller lodret cirkel eller lodret armaturer - en stor halvcirkel af himmelsfæren, der går gennem zenit, luminary og nadir.

Daglig parallel luminary - en lille cirkel af den himmelske sfære, der passerer gennem luminary, hvis plan er parallelt med planet for den himmelske ækvator. De synlige daglige bevægelser af armaturerne sker langs daglige paralleller.

Cirkel deklination armaturer - en stor halvcirkel af den himmelske sfære, der passerer gennem verdens poler og lyset.

Cirkel ekliptik Breddegrad , eller simpelthen lysets breddegrad - en stor halvcirkel af himmelkuglen, der passerer gennem ekliptikkens og lysets poler.

Cirkel galaktisk Breddegrad armaturer - en stor halvcirkel af himmelsfæren, der passerer gennem de galaktiske poler og armaturer.

2. ASTRONOMISKE KOORDINATSYSTEMER

Det himmelske koordinatsystem bruges i astronomi til at beskrive positionen af ​​lyskilder på himlen eller punkter på en imaginær himmelkugle. Koordinaterne for armaturer eller punkter er specificeret af to vinkelværdier (eller buer), som entydigt bestemmer positionen af ​​objekter på himmelsfæren. Det himmelske koordinatsystem er således et sfærisk koordinatsystem, hvor den tredje koordinat - afstand - ofte er ukendt og ikke spiller en rolle.

Himmelske koordinatsystemer adskiller sig fra hinanden i valget af hovedplanet. Afhængigt af opgaven kan det være mere praktisk at bruge et eller andet system. De mest almindeligt anvendte er horisontale og ækvatoriale koordinatsystemer. Mindre ofte - ekliptik, galaktisk og andre.

Horisontalt koordinatsystem

Det horisontale koordinatsystem (horisontalt) er et system af himmelkoordinater, hvor hovedplanet er den matematiske horisonts plan, og polerne er zenit og nadir. Det bruges, når man observerer stjerner og solsystemets himmellegemers bevægelse på jorden med det blotte øje, gennem en kikkert eller et teleskop. De vandrette koordinater for planeterne, Solen og stjernerne ændrer sig løbende i løbet af dagen på grund af den daglige rotation af himmelkuglen.

Linjer og fly

Det horisontale koordinatsystem er altid topocentrisk. Observatøren er altid placeret på et fast punkt på jordens overflade (markeret med bogstavet O på figuren). Vi vil antage, at observatøren er placeret på jordens nordlige halvkugle ved breddegrad φ. Ved hjælp af en lodlinje bestemmes retningen til zenit (Z) som det øverste punkt, hvortil lodlinjen er rettet, og nadir (Z") bestemmes som bunden (under Jorden). Derfor er linjen ( ZZ"), der forbinder zenit og nadir kaldes et lod.

4.3. Horisontalt koordinatsystem

Planet vinkelret på lodlinjen i punktet O kaldes den matematiske horisonts plan. På dette plan bestemmes retningen mod syd (geografisk) og nord, for eksempel i retning af gnomonens korteste skygge i løbet af dagen. Det vil være kortest ved sand middag, og linjen (NS), der forbinder syd til nord, kaldes middagslinjen. Punkterne øst (E) og vest (W) tages til at være 90 grader fra punktet mod syd, henholdsvis mod uret og med uret set fra zenit. Således er NESW planet for den matematiske horisont

Flyet, der passerer gennem middags- og lodlinjen (ZNZ"S), kaldes planet af den himmelske meridian , og det fly, der passerer gennem himmellegemet, er lodret plan af et givent himmellegeme . Den store cirkel, hvori den krydser himmelsfæren, kaldes det lodrette af himmellegemet .

I et horisontalt koordinatsystem er én koordinat enten armaturets højde h, eller hans zenit afstand z. Den anden koordinat er azimut EN.

Højde h af armaturet kaldes buen af ​​armaturets lodrette fra den matematiske horisonts plan til retningen mod armaturet. Højder måles fra 0° til +90° til zenit og fra 0° til −90° til nadir.

Zenith afstand z af lyskilden kaldes buen af ​​den lodrette af armaturet fra zenit til armaturet. Zenith-afstande måles fra 0° til 180° fra zenit til nadir.

Armaturets azimut A kaldes den matematiske horisonts bue fra punktet syd til lodret af armaturet. Azimuther måles i retning af den daglige rotation af himmelkuglen, det vil sige vest for det sydlige punkt, der spænder fra 0° til 360°. Nogle gange måles azimut fra 0° til +180° vest og fra 0° til −180° øst (i geodæsi måles azimut fra nordpunktet).

Funktioner af ændringer i himmellegemernes koordinater

I løbet af dagen beskriver stjernen en cirkel vinkelret på verdens akse (PP"), som ved breddegraden φ hælder til den matematiske horisont i en vinkel φ. Derfor vil den kun bevæge sig parallelt med den matematiske horisont ved φ lig med til 90 grader, det vil sige på Nordpolen. Derfor vil alle stjerner, der er synlige der, ikke falde (inklusive Solen i seks måneder, se længden af ​​dagen), og deres højde h vil være konstant.På andre breddegrader , de stjerner, der er tilgængelige for observation på et givet tidspunkt af året, er opdelt i:

faldende og stigende (h går gennem 0 i løbet af dagen)

ikke kommer (h er altid større end 0)

ikke-stigende (h er altid mindre end 0)

Stjernens maksimale højde h vil blive observeret en gang om dagen under en af ​​dens to passager gennem den himmelske meridian - den øvre kulmination, og minimum - under den anden af ​​dem - den nedre kulmination. Fra den nederste til den øvre kulmination stiger stjernens højde h, fra den øvre til den nedre falder den.

Første ækvatoriale koordinatsystem

I dette system er hovedplanet planet for den himmelske ækvator. En koordinat i dette tilfælde er deklinationen δ (mer sjældent den polære afstand p). En anden koordinat er timevinklen t.

Deklinationen δ af en lyskilde er buen af ​​deklinationscirklen fra himmelækvator til lyskilden, eller vinklen mellem planet for himmelækvator og retningen til lyskilden. Deklinationerne måles fra 0° til +90° til den nordlige himmelpol og fra 0° til −90° til den sydlige himmelpol.

4.4. Ækvatorial koordinatsystem

Den polære afstand p af en lyskilde er buen af ​​deklinationscirklen fra den nordlige himmelpol til lyset, eller vinklen mellem verdens akse og retningen til lyset. Polære afstande måles fra 0° til 180° fra den nordlige himmelpol mod syd.

Timevinklen t for en lyskilde er den himmelske ækvators bue fra det øvre punkt på den himmelske ækvator (det vil sige skæringspunktet mellem den himmelske ækvator og den himmelske meridian) til lysets deklinationscirkel, eller dihedral vinkel mellem den himmelske meridians planer og lysets deklinationscirkel. Timevinkler tælles i retningen af ​​den daglige rotation af himmelkuglen, det vil sige vest for det højeste punkt på himmelækvator, der spænder fra 0° til 360° (i gradmål) eller fra 0t til 24h (i timemål). Nogle gange måles timevinkler fra 0° til +180° (0t til +12t) mod vest og fra 0° til -180° (0t til -12t) mod øst.

Andet ækvatorial koordinatsystem

I dette system, som i det første ækvatorialsystem, er hovedplanet planet for den himmelske ækvator, og en koordinat er deklinationen δ (mindre ofte, den polære afstand p). Den anden koordinat er højre ascension α. Den højre ascension (RA, α) af en lyskilde er buen af ​​himmelækvator fra punktet for forårsjævndøgn til lysets deklinationscirkel, eller vinklen mellem retningen til punktet for forårsjævndøgn og planet af armaturets deklinationscirkel. Højre opstigninger tælles i den modsatte retning af den daglige rotation af himmelsfæren, der spænder fra 0° til 360° (i gradmål) eller fra 0t til 24h (i timemål).

RA er den astronomiske ækvivalent til Jordens længdegrad. Både RA og længdegrad måler øst-vest-vinklen langs ækvator; begge mål er baseret på nulpunktet ved ækvator. For længdegrad er nulpunktet primemeridianen; for RA er nulmærket det sted på himlen, hvor Solen krydser den himmelske ækvator ved forårsjævndøgn.

Deklination (δ) i astronomi er en af ​​to koordinater i det ækvatoriale koordinatsystem. Ligesom vinkelafstanden på himmelkuglen fra himmelækvatorplanet til lyset og udtrykkes normalt i grader, minutter og buesekunder. Deklinationen er positiv nord for den himmelske ækvator og negativ syd. Deklinationen har altid et fortegn, selvom deklinationen er positiv.

Deklinationen af ​​et himmellegeme, der passerer gennem zenit, er lig med observatørens breddegrad (hvis vi betragter nordlig breddegrad med et +-tegn og sydlig breddegrad som negativ). På jordens nordlige halvkugle, for en given breddegrad φ, himmellegemer med deklination

δ > +90° − φ går ikke ud over horisonten, derfor kaldes de ikke-indstilling. Hvis objektets deklination er δ

Ekliptisk koordinatsystem

I dette system er hovedplanet det ekliptiske plan. Den ene koordinat i dette tilfælde er den ekliptiske breddegrad β, og den anden er den ekliptiske længdegrad λ.

4.5. Forholdet mellem ekliptika og andet ækvatorial koordinatsystem

Den ekliptiske breddegrad af et β-lys er buen af ​​breddecirklen fra ekliptikken til lyset, eller vinklen mellem ekliptikkens plan og retningen mod lyset. Ekliptiske breddegrader måles fra 0° til +90° til ekliptikas nordpol og fra 0° til −90° til ekliptikas sydpol.

Den ekliptiske længdegrad λ af en lyskilde er ekliptikkens bue fra punktet for forårsjævndøgn til lysets breddegradscirkel, eller vinklen mellem retningen til punktet for forårsjævndøgn og planet for breddegradscirklen af lyset. Ekliptiske længdegrader måles i retning af Solens tilsyneladende årlige bevægelse langs ekliptika, det vil sige øst for forårsjævndøgn i området fra 0° til 360°.

Galaktisk koordinatsystem

I dette system er hovedplanet flyet af vores galakse. Den ene koordinat i dette tilfælde er den galaktiske breddegrad b, og den anden er den galaktiske længdegrad l.

4.6. Galaktiske og andet ækvatoriale koordinatsystemer.

Den galaktiske breddegrad b af en lyskilde er buen af ​​cirklen af ​​galaktisk breddegrad fra ekliptika til lyset, eller vinklen mellem den galaktiske ækvatorplan og retningen mod lyset.

Galaktiske breddegrader spænder fra 0° til +90° til den nordlige galaktiske pol og fra 0° til -90° til den sydlige galaktiske pol.

Den galaktiske længdegrad l af et lyskilde er buen af ​​den galaktiske ækvator fra referencepunktet C til cirklen for lyskildens galaktiske breddegrad, eller vinklen mellem retningen til referencepunktet C og planet for den galaktiske cirkels cirkel armaturets breddegrad. Galaktiske længdegrader måles mod uret, når de ses fra den nordlige galaktiske pol, det vil sige øst for datum C, der spænder fra 0° til 360°.

Referencepunktet C er placeret tæt på retningen af ​​det galaktiske centrum, men falder ikke sammen med det, da sidstnævnte, på grund af solsystemets lille højde over den galaktiske skives plan, ligger cirka 1° syd for galaktisk ækvator. Udgangspunktet C er valgt således, at skæringspunktet for den galaktiske og himmelske ækvator med en ret opstigning på 280° har en galaktisk længdegrad på 32,93192° (for epoken 2000).

Bestemt af deres koordinater på himmelsfæren. Ækvivalenterne til breddegrad og længdegrad på himmelsfæren (i det andet ækvatoriale koordinatsystem) kaldes deklination (målt i grader fra +90? til -90?) og direkte elevation (målt i timer fra 0 til 24). De himmelske poler ligger over Jordens poler, og den himmelske ækvator ligger over Jordens ækvator. For en iagttager på jorden ser det ud som om, at himmelkuglen drejer rundt om Jorden. Faktisk er den imaginære bevægelse af himmelkuglen forårsaget af Jordens rotation omkring dens akse.

1. Begrebets historie

Ideen om den himmelske sfære opstod i oldtiden; det var baseret på indtrykket af eksistensen af ​​en hvælvet himmel. Dette indtryk skyldes, at det menneskelige øje som følge af himmellegemernes enorme afstand ikke er i stand til at forstå forskellene i afstandene til dem, og de fremstår lige så fjerne. Blandt gamle folk var dette forbundet med tilstedeværelsen af ​​en ægte kugle, der afgrænser hele verden og bærer stjernerne, Månen og Solen på sin overflade. Således, efter deres opfattelse, var himmelsfæren det vigtigste element i universet. Med udviklingen af ​​videnskabelig viden forsvandt dette syn på himmelsfæren. Imidlertid fik himmelkuglens geometri, der blev fastlagt i oldtiden, som et resultat af udvikling og forbedring, en moderne form, hvor den bruges i astrometri.

• på det sted på jordens overflade, hvor observatøren er placeret (himmelkuglen er topocentrisk),
• i midten af ​​jorden (geocentrisk himmelsfære),
• i midten af ​​en bestemt planet (planetocentrisk himmelkugle),
• i midten af ​​solen (heliocentrisk himmelsfære)
• på ethvert andet punkt i rummet, hvor observatøren (virkelig eller hypotetisk) befinder sig.

Hvert lysstof på himmelkuglen svarer til et punkt, hvor det skæres af en ret linje, der forbinder midten af ​​himmelkuglen med lyset (eller med midten af ​​lyset, hvis det er stort og ikke et punkt). For at studere den relative position og synlige bevægelser af armaturer på himmelsfæren skal du vælge et eller andet system af himmelkoordinater, som bestemmes af hovedpunkterne og linjerne. Sidstnævnte er normalt store cirkler af himmelsfæren. Hver storcirkel af en kugle har to poler, som er defineret på den af ​​enderne af en diameter vinkelret på denne cirkels plan.

2. Navne på de vigtigste punkter og buer på himmelsfæren

2.1. Blood line

En lodlinje (eller lodret linje) er en ret linje, der går gennem midten af ​​himmelkuglen og falder sammen med retningen af ​​lodlinjen (lodret) på observationsstedet. For en observatør på jordens overflade går en lodlinje gennem jordens centrum og observationspunktet.

2.2. Zenith og nadir

Lodlinjen skærer himmelkuglens overflade på to punkter - i zenit, over observatørens hoved, og nadir, diametralt modsat punktet.

2.3. Matematisk horisont

Den matematiske horisont er en storcirkel af himmelsfæren, hvis plan er vinkelret på lodlinjen. Den matematiske horisont deler himmelkuglens overflade i to halvdele: synlig for iagttageren, med spidsen i zenit, og usynlig, med spidsen ved nadir. Den matematiske horisont falder generelt ikke sammen med den synlige horisont på grund af ujævnheder i Jordens overflade og forskellige højder af observationspunkter, samt bøjning af lysstråler i atmosfæren.

2.4. axis mundi

Mundi-aksen er den diameter, som himmelkuglen roterer omkring.

2.5. Verdens polakker

Mundi-aksen skærer overfladen af ​​himmelkuglen på to punkter - den nordlige himmelpol og den sydlige himmelpol. Nordpolen er den, hvorfra himmelkuglen roterer med uret, når man ser på kuglen udefra. Hvis man ser på himmelkuglen indefra (hvilket er det, vi normalt gør, når vi observerer stjernehimlen), så sker dens rotation i nærheden af ​​verdens nordpol mod uret, og i nærheden af ​​sydpolen af verden roterer den med uret.

2.6. Himmelsk ækvator

Den himmelske ækvator er en stor cirkel af himmelsfæren, hvis plan er vinkelret på verdens akse. Det er en projektion af jordens ækvator på himmelsfæren. Den himmelske ækvator deler himmelkuglens overflade i to halvkugler: den nordlige halvkugle, med sin spids ved den nordlige himmelpol, og den sydlige halvkugle, med sin spids ved den sydlige himmelpol.

2.7. Solopgang og solnedgang punkter

Den himmelske ækvator skærer den matematiske horisont på to punkter: østpunktet og vestpunktet. Forsvindingspunktet er det punkt, hvorfra et punkt på himmelsfæren på grund af sin rotation krydser den matematiske horisont og går fra den usynlige halvkugle til den synlige.

2.8. Himmelsk meridian

Den himmelske meridian er en stor cirkel af himmelkuglen, hvis plan passerer gennem lodlinjen og verdens akse. Den himmelske meridian deler himmelkuglens overflade i to halvkugler - den østlige halvkugle, med sin spids i punktet mod øst, og den vestlige halvkugle, med dens spids i punktet mod vest.

2.9. Middagslinje

Middagslinjen er skæringslinjen mellem den himmelske meridians plan og den matematiske horisonts plan.

2.10. Nord- og sydpunkter

Den himmelske meridian skærer den matematiske horisont på to punkter: nordpunktet og sydpunktet. Nordpunktet er det, der er tættere på verdens nordpol.

2.11. Ekliptik

Ekliptikken er himmelkuglens store cirkel, skæringspunktet mellem himmelkuglen og jordens baneplan. Ekliptikken udfører Solens synlige årlige bevægelse hen over himmelsfæren. Ekliptikaplanet skærer planet for himmelækvator i en vinkel ε = 23? 26".

2.12. Equinox-punkter

Ekliptika skærer med himmelækvator på to punkter - forårsjævndøgn og efterårsjævndøgn. Forårsjævndøgn er det punkt, hvor Solen i sin årlige bevægelse passerer fra den sydlige halvkugle af himmelkuglen til den nordlige. Ved punktet af efterårsjævndøgn bevæger Solen sig fra den nordlige halvkugle af himmelkuglen til den sydlige.

2.13. Solhvervspunkter

Punkter i ekliptika adskilt fra jævndøgnpunkterne med 90? kaldes sommersolhvervspunktet (på den nordlige halvkugle) og vintersolhvervspunktet (på den sydlige halvkugle).

2.14. Ekliptisk akse

Den ekliptiske akse er diameteren af ​​himmelkuglen vinkelret på ekliptikplanet.

2.15. Ekliptikas poler

Den ekliptiske akse skærer himmelkuglens overflade på to punkter - ekliptikas nordpol, som ligger på den nordlige halvkugle, og ekliptikas sydpol, som ligger på den sydlige halvkugle.

2.16. Galaktiske poler og galaktisk ækvator

Et punkt på himmelsfæren med ækvatoriale koordinater α = 192,85948? β = 27,12825? kaldes den nordgalaktiske pol, og punktet diametralt modsat den kaldes den sydgalaktiske pol. Den store cirkel af himmelkuglen, hvis plan er vinkelret på linjen, der forbinder de galaktiske poler, kaldes den galaktiske ækvator.

3. Navnene på buer på himmelkuglen forbundet med armaturernes position

3.1. Almucantarat

Almucantarat - arabisk. cirkel af lige høje. Almucantarat af en belysning er en lille cirkel af den himmelske sfære, der passerer gennem belysningen, hvis plan er parallelt med den matematiske horisonts plan.

3.2. Lodret cirkel

Højdecirklen eller lodret cirkel eller lodret af belysningen er en stor halvcirkel af himmelsfæren, der passerer gennem zenit, luminary og nadir.

3.3. Daglig parallel

Den daglige parallel af en lyskilde er en lille cirkel af himmelkuglen, der passerer gennem lyskilden, hvis plan er parallelt med planet for den himmelske ækvator. De synlige daglige bevægelser af armaturerne sker langs daglige paralleller.

3.4. Tilt cirkel

Lysets hældningscirkel er en stor halvcirkel af himmelsfæren, der passerer gennem verdens poler og lyset.

3.5. Cirkel ekliptiske breddegrader

Cirklen af ​​ekliptiske breddegrader, eller simpelthen breddegradscirklen for en lyskilde, er en stor halvcirkel af himmelkuglen, der passerer gennem ekliptikkens og lysets poler.

3.6. Cirkel af galaktisk breddegrad

Cirklen af ​​den galaktiske breddegrad af en lyskilde er en stor halvcirkel af himmelsfæren, der passerer gennem de galaktiske poler og lyset.

En vilkårlig radius, hvorpå himmellegemer projiceres: bruges til at løse forskellige astrometriske problemer. Observatørens øje tages som centrum af himmelsfæren; i dette tilfælde kan observatøren være placeret både på Jordens overflade og andre steder i rummet (han kan f.eks. henvises til Jordens centrum). For en terrestrisk observatør gengiver rotationen af ​​himmelkuglen den daglige bevægelse af lyskilderne på himlen.

Hvert himmellegeme svarer til et punkt på himmelkuglen, hvor det skæres af en lige linje, der forbinder kuglens centrum med kroppens centrum. Når man studerer positioner og tilsyneladende bevægelser af armaturer på himmelsfæren, vælges et eller andet system af sfæriske koordinater. Beregninger af positionerne af armaturer på himmelsfæren er lavet ved hjælp af himmelmekanik og sfærisk trigonometri og danner emnet for sfærisk astronomi.

Historie

Ideen om den himmelske sfære opstod i oldtiden; den var baseret på det visuelle indtryk af eksistensen af ​​en hvælvet himmelhvælving. Dette indtryk skyldes, at det menneskelige øje som følge af himmellegemernes enorme afstand ikke er i stand til at forstå forskellene i afstandene til dem, og de fremstår lige så fjerne. Blandt gamle folk var dette forbundet med tilstedeværelsen af ​​en ægte kugle, der afgrænsede hele verden og bar adskillige stjerner på dens overflade. Således, efter deres opfattelse, var himmelsfæren det vigtigste element i universet. Med udviklingen af ​​videnskabelig viden forsvandt dette syn på himmelsfæren. Imidlertid fik himmelkuglens geometri, der blev fastlagt i oldtiden, som et resultat af udvikling og forbedring, en moderne form, hvor den bruges i astrometri.

Elementer af den himmelske sfære

Plumb line og relaterede begreber

Blood line(eller lodret linje) - en lige linje, der går gennem midten af ​​himmelkuglen og falder sammen med retningen af ​​lodlinjen på observationsstedet. Et lod skærer overfladen af ​​himmelkuglen i to punkter - zenit over observatørens hoved og nadir under observatørens fødder.

Sand (matematisk eller astronomisk) horisont- en storcirkel af himmelkuglen, hvis plan er vinkelret på lodlinjen. Den sande horisont deler himmelkuglens overflade i to halvkugler: synlig halvkugle med toppen i zenit og usynlig halvkugle med toppen ved nadir. Den sande horisont falder ikke sammen med den synlige horisont på grund af højden af ​​observationspunktet over jordens overflade, samt på grund af bøjningen af ​​lysstråler i atmosfæren.

højde cirkel, eller lodret, luminary - en stor halvcirkel af den himmelske sfære, der passerer gennem luminary, zenit og nadir. Almucantarat(Arabisk "cirkel af lige højder") - en lille cirkel af himmelsfæren, hvis plan er parallelt med den matematiske horisonts plan. Højdecirkler og almucantarater danner et koordinatgitter, der specificerer armaturets vandrette koordinater.

Daglig rotation af himmelsfæren og relaterede begreber

axis mundi- en imaginær linje, der går gennem verdens centrum, omkring hvilken himmelsfæren roterer. Verdensaksen skærer overfladen af ​​himmelkuglen på to punkter - verdens nordpol Og verdens sydpol. Rotationen af ​​himmelkuglen sker mod uret omkring nordpolen, når man ser på himmelkuglen indefra.

Himmelsk ækvator- en stor cirkel af himmelsfæren, hvis plan er vinkelret på verdens akse og passerer gennem midten af ​​himmelsfæren. Den himmelske ækvator deler himmelkuglen i to halvkugler: nordlige Og syd-.

Armaturets deklinationscirkel- en stor cirkel af himmelsfæren, der passerer gennem verdens poler og en given lyskilde.

Daglig parallel- en lille cirkel af himmelkuglen, hvis plan er parallelt med planet for den himmelske ækvator. De synlige daglige bevægelser af armaturerne sker langs daglige paralleller. Deklinationscirkler og daglige paralleller danner et koordinatgitter på himmelkuglen, der specificerer stjernens ækvatorialkoordinater.

Udtryk født i skæringspunktet mellem begreberne "Plumb Line" og "Rotation of the Celestial Sphere"

Den himmelske ækvator skærer den matematiske horisont kl punktet mod øst Og peg mod vest. Det østlige punkt er det punkt, hvor punkterne på den roterende himmelkugle rejser sig fra horisonten. Den halvcirkel af højden, der passerer gennem østpunktet kaldes første lodrette.

Himmelsk meridian- en stor cirkel af himmelsfæren, hvis plan passerer gennem lodlinjen og verdens akse. Den himmelske meridian deler himmelkuglens overflade i to halvkugler: østlige halvkugle Og Vestlige halvkugle.

Middagslinje- skæringslinjen mellem den himmelske meridians plan og den matematiske horisonts plan. Middagslinjen og den himmelske meridian skærer den matematiske horisont på to punkter: nordlige punkt Og punkt syd. Nordpunktet er det, der er tættere på verdens nordpol.

Solens årlige bevægelse på tværs af himmelsfæren og relaterede begreber

Ekliptik- en stor cirkel af himmelsfæren, langs hvilken den tilsyneladende årlige bevægelse af Solen finder sted. Ekliptikkens plan skærer planet for den himmelske ækvator i en vinkel ε = 23°26".

De to punkter, hvor ekliptika skærer den himmelske ækvator, kaldes jævndøgn. I forårsjævndøgn Solen bevæger sig i sin årlige bevægelse fra den sydlige halvkugle af himmelkuglen til den nordlige; V efterårsjævndøgn- fra den nordlige halvkugle til den sydlige. Den rette linje, der går gennem disse to punkter, kaldes linje af jævndøgn. To punkter af ekliptika, med en afstand på 90° fra jævndøgn og dermed længst væk fra himmelækvator, kaldes solhvervspunkter. Sommersolhvervspunkt ligger på den nordlige halvkugle, vintersolhvervspunkt- på den sydlige halvkugle. Disse fire punkter er angivet med de stjernetegnssymboler, der svarer til

Grundlæggende elementer i den himmelske sfære

Himlen fremstår for iagttageren som en kugleformet kuppel, der omgiver ham på alle sider. I denne henseende opstod selv i oldtiden begrebet den himmelske sfære (himmelhvælving), og dens hovedelementer blev defineret.

Himmelsfære kaldet en imaginær kugle med vilkårlig radius, på hvis indre overflade, som det ser ud til for iagttageren, himmellegemerne er placeret. Det forekommer altid for iagttageren, at han er i midten af ​​himmelsfæren (dvs. i fig. 1.1).

Ris. 1.1. Grundlæggende elementer i den himmelske sfære

Lad observatøren holde et lod i hænderne - en lille massiv vægt på en tråd. Retningen af ​​denne tråd kaldes lodsnor. Lad os tegne et lod gennem midten af ​​himmelkuglen. Det vil skære denne kugle ved to diametralt modsatte punkter kaldet zenit Og nadir. Zenith er placeret præcis over observatørens hoved, og nadir er skjult af jordens overflade.

Lad os tegne et plan gennem midten af ​​himmelkuglen vinkelret på lodlinjen. Det vil krydse kuglen i en stor cirkel kaldet matematisk eller sande horisont. (Husk, at en cirkel dannet af et udsnit af en kugle af et plan, der går gennem midten, kaldes stor; hvis flyet skærer kuglen uden at passere gennem dens centrum, så dannes sektionen lille cirkel). Den matematiske horisont er parallel med observatørens tilsyneladende horisont, men falder ikke sammen med den.

Gennem midten af ​​himmelkuglen tegner vi en akse parallel med jordens rotationsakse og kalder den axis mundi(på latin - Axis Mundi). Verdensaksen skærer himmelkuglen i to diametralt modsatte punkter kaldet verdens poler. Der er to poler i verden - nordlige Og syd-. Den nordlige himmelpol anses for at være den, i forhold til hvilken den daglige rotation af himmelkuglen, der opstår som følge af Jordens rotation omkring dens akse, sker mod uret, når man ser på himlen inde fra himmelkuglen (som vi ser på det). Nær verdens nordpol er Nordstjernen - Ursa Minor - den klareste stjerne i dette stjernebillede.

I modsætning til hvad folk tror, ​​er Polaris ikke den klareste stjerne på stjernehimlen. Den har en anden størrelsesorden og er ikke en af ​​de klareste stjerner. Det er usandsynligt, at en uerfaren observatør hurtigt finder den på himlen. Det er ikke let at søge efter Polaris ved den karakteristiske form af Ursa Minor spanden - de andre stjerner i dette stjernebillede er endnu svagere end Polaris og kan ikke være pålidelige referencepunkter. Den nemmeste måde for en nybegynder at finde nordstjernen på himlen er at navigere efter stjernerne i det nærliggende lyse stjernebillede Ursa Major (fig. 1.2). Hvis du mentalt forbinder de to yderste stjerner i Ursa Major-spanden, og , og fortsætter den lige linje, indtil den skærer den første mere eller mindre mærkbare stjerne, så vil dette være Nordstjernen. Afstanden på himlen fra stjernen Ursa Major til Polaris er cirka fem gange større end afstanden mellem stjernerne og Ursa Major.

Ris. 1.2. Cirkumpolære stjernebilleder Ursa Major
og Ursa Minor

Den sydlige himmelpol er markeret på himlen af ​​den knapt synlige stjerne Sigma Octanta.

Punktet på den matematiske horisont nærmest den nordlige himmelpol kaldes nordlige punkt. Det fjerneste punkt i den sande horisont fra verdens nordpol er sydpunkt. Det er også placeret tættest på verdens sydpol. En linje i den matematiske horisonts plan, der går gennem midten af ​​himmelkuglen og punkterne nord og syd kaldes middag linje.

Lad os tegne et plan gennem midten af ​​himmelkuglen vinkelret på verdens akse. Det vil krydse kuglen i en stor cirkel kaldet himmelsk ækvator. Den himmelske ækvator skærer den sande horisont på to diametralt modsatte punkter øst Og vest. Den himmelske ækvator deler himmelkuglen i to halvdele - nordlige halvkugle med sin top ved den nordlige himmelpol og Sydlige halvkugle med sin top ved den sydlige himmelpol. Planet for den himmelske ækvator er parallelt med planet for jordens ækvator.

Punkterne nord, syd, vest og øst kaldes sider af horisonten.

Den store cirkel af himmelsfæren, der passerer gennem de himmelske poler og, zenit og nadir Na, hedder himmelmeridian. Planet for den himmelske meridian falder sammen med planet for observatørens jordiske meridian og er vinkelret på planerne i den matematiske horisont og den himmelske ækvator. Den himmelske meridian deler himmelkuglen i to halvkugler - østlige, med spids i østpunktet , Og vestlig, med spids i det vestlige punkt . Den himmelske meridian skærer den matematiske horisont i punkterne nord og syd. Dette er grundlaget for metoden til orientering af stjerner på jordens overflade. Hvis du mentalt forbinder zenitpunktet, der ligger over observatørens hoved, med Nordstjernen og fortsætter denne linje yderligere, så vil punktet for dets skæringspunkt med horisonten være nordpunktet. Den himmelske meridian krydser den matematiske horisont langs middagslinjen.

En lille cirkel parallel med den sande horisont kaldes almucantarat(på arabisk - en cirkel med lige høje højder). Du kan udføre så mange almucantarater, som du vil, på den himmelske sfære.

Små cirkler parallelt med den himmelske ækvator kaldes himmelske paralleller, de kan også udføres uendeligt mange. Stjernernes daglige bevægelse sker langs himmelske paralleller.

De store cirkler af himmelsfæren, der passerer gennem zenit og nadir, kaldes højde cirkler eller lodrette cirkler (lodrette). Lodret cirkel, der går gennem punkterne øst og vest W, hedder første lodrette. De lodrette planer er vinkelrette på den matematiske horisont og almucantarater.

Artiklens indhold

HIMMELSfære. Når vi observerer himlen, ser alle astronomiske objekter ud til at være placeret på en kuppelformet overflade, i hvis centrum observatøren befinder sig. Denne imaginære kuppel danner den øverste halvdel af en imaginær sfære kaldet "himmelkuglen". Det spiller en grundlæggende rolle ved at angive positionen af ​​astronomiske objekter.

Selvom Månen, planeterne, Solen og stjernerne er placeret i forskellige afstande fra os, er selv de nærmeste af dem så langt væk, at vi ikke er i stand til at estimere deres afstand med øjet. Retningen mod en stjerne ændres ikke, når vi bevæger os hen over jordens overflade. (Det ændrer sig ganske vist lidt, når Jorden bevæger sig langs sin bane, men dette parallakseskift kan kun bemærkes ved hjælp af de mest præcise instrumenter.)

Det forekommer os, at den himmelske sfære roterer, da armaturerne stiger i øst og sætter sig i vest. Årsagen til dette er Jordens rotation fra vest til øst. Den tilsyneladende rotation af himmelkuglen sker omkring en imaginær akse, der fortsætter jordens rotationsakse. Denne akse skærer himmelkuglen på to punkter kaldet nord- og sydpolerne. Den himmelske nordpol ligger omkring en grad fra Nordstjernen, og der er ingen klare stjerner i nærheden af ​​sydpolen.

Jordens rotationsakse hælder ca. 23,5° i forhold til vinkelret på planet for Jordens kredsløb (til ekliptikplanet). Skæringen af ​​dette plan med himmelkuglen giver en cirkel - ekliptikken, Solens tilsyneladende vej over et år. Orienteringen af ​​jordens akse i rummet forbliver næsten uændret. Derfor stiger den hvert år i juni, når den nordlige ende af aksen vipper mod Solen, højt på himlen på den nordlige halvkugle, hvor dagene bliver lange og nætterne korte. Efter at have bevæget sig til den modsatte side af kredsløbet i december, viser Jorden sig at være vendt mod Solen af ​​den sydlige halvkugle, og i vores nord bliver dagene korte og nætterne lange.

Men under påvirkning af sol- og månens tyngdekraft ændres orienteringen af ​​jordens akse gradvist. Hovedbevægelsen af ​​aksen forårsaget af solens og månens indflydelse på Jordens ækvatoriale bule kaldes præcession. Som et resultat af præcession roterer jordens akse langsomt omkring en vinkelret på orbitalplanet og beskriver en kegle med en radius på 23,5° over 26 tusind år. Af denne grund vil polen efter et par århundreder ikke længere være i nærheden af ​​Nordstjernen. Derudover gennemgår Jordens akse små svingninger kaldet nutation, som er forbundet med ellipticiteten af ​​Jordens og Månens kredsløb, samt med det faktum, at Månens baneplan hælder lidt i forhold til Jordens plan. kredsløb.

Som vi allerede ved, ændres himmelkuglens udseende i løbet af natten på grund af Jordens rotation omkring sin akse. Men selvom du observerer himlen på samme tid hele året, vil dens udseende ændre sig på grund af Jordens omdrejning omkring Solen. For en komplet 360° bane kræver Jorden ca. 365 1/4 dag – cirka en grad om dagen. En dag, eller mere præcist en soldag, er i øvrigt den tid, hvor Jorden roterer én gang om sin akse i forhold til Solen. Den består af den tid, det tager for Jorden at rotere i forhold til stjernerne ("siderisk dag"), plus en kort tid - omkring fire minutter - der kræves for rotationen for at kompensere for Jordens kredsløbsbevægelse med én grad om dagen. Således er der på et år ca. 365 1/4 soldage og ca. 366 1/4 stjerner.

Når de observeres fra et bestemt punkt på Jorden, er stjerner i nærheden af ​​polerne enten altid over horisonten eller stiger aldrig over den. Alle andre stjerner stiger og går ned, og hver dag opstår og falder hver stjerne 4 minutter tidligere end den foregående dag. Nogle stjerner og stjernebilleder rejser sig på himlen om natten om vinteren - vi kalder dem "vinter", mens andre er "sommer".

Således er himmelkuglens udseende bestemt af tre gange: tidspunktet på dagen forbundet med jordens rotation; den tid på året, der er forbundet med revolution omkring Solen; en epoke forbundet med præcession (selvom sidstnævnte effekt næppe er mærkbar "ved øjet" selv om 100 år).

Koordinatsystemer.

Der er forskellige måder at angive placeringen af ​​objekter på himmelkuglen. Hver af dem er velegnet til en bestemt type opgave.

Alt-azimut system.

For at angive positionen af ​​et objekt på himlen i forhold til de jordiske objekter, der omgiver observatøren, bruges et "alt-azimuth" eller "horisontalt" koordinatsystem. Det angiver vinkelafstanden af ​​et objekt over horisonten, kaldet "højde", såvel som dets "azimut" - vinkelafstanden langs horisonten fra et konventionelt punkt til et punkt, der ligger direkte under objektet. I astronomi måles azimut fra punktet syd til vest, og i geodæsi og navigation - fra punktet nord mod øst. Derfor, før du bruger azimut, skal du finde ud af, i hvilket system det er angivet. Punktet på himlen direkte over dit hoved har en højde på 90° og kaldes "zenith", og punktet diametralt modsat det (under dine fødder) kaldes "nadir". For mange problemer er himmelsfærens store cirkel, kaldet "himmelmeridianen", vigtig; den passerer gennem verdens zenit, nadir og poler og krydser horisonten i punkterne nord og syd.

Ækvatorial system.

På grund af Jordens rotation bevæger stjerner sig konstant i forhold til horisonten og kardinalpunkterne, og deres koordinater i det vandrette system ændres. Men for nogle astronomiproblemer skal koordinatsystemet være uafhængigt af observatørens position og tidspunkt på dagen. Et sådant system kaldes "ækvatorial"; dens koordinater ligner geografiske breddegrader og længdegrader. I det definerer planet af jordens ækvator, udvidet til skæringspunktet med himmelsfæren, hovedcirklen - "himmelækvator". En stjernes "deklination" ligner breddegrad og måles ved dens vinkelafstand nord eller syd for himmelækvator. Hvis stjernen er synlig nøjagtig i zenit, så er observationsstedets breddegrad lig med stjernens deklination. Geografisk længdegrad svarer til stjernens "højre opstigning". Det måles øst for skæringspunktet mellem ekliptika og himmelækvator, som Solen passerer i marts, på dagen for begyndelsen af ​​foråret på den nordlige halvkugle og efteråret på den sydlige. Dette punkt, der er vigtigt for astronomi, kaldes "Vædderens første punkt", eller "forårsjævndøgnspunktet", og er betegnet med tegnet. Højre opstigningsværdier er normalt angivet i timer og minutter, idet 24 timer betragtes som værende lig med 360°.

Ækvatorsystemet bruges ved observation med teleskoper. Teleskopet er installeret, så det kan rotere fra øst til vest omkring en akse rettet mod himmelpolen og derved kompensere for Jordens rotation.

Andre systemer.

Til nogle formål bruges også andre koordinatsystemer på himmelsfæren. Når de for eksempel studerer legemers bevægelse i solsystemet, bruger de et koordinatsystem, hvis hovedplan er planet for jordens bane. Galaksens struktur studeres i et koordinatsystem, hvis hovedplan er galaksens ækvatorialplan, repræsenteret på himlen af ​​en cirkel, der passerer langs Mælkevejen.

Sammenligning af koordinatsystemer.

De vigtigste detaljer i de vandrette og ækvatoriale systemer er vist i figurerne. I tabellen er disse systemer sammenlignet med det geografiske koordinatsystem.

Overgang fra et system til et andet.

Ofte er der behov for at beregne dens ækvatorialkoordinater ud fra en stjernes alt-azimutale koordinater og omvendt. For at gøre dette er det nødvendigt at kende observationsøjeblikket og observatørens position på Jorden. Matematisk løses problemet ved hjælp af en sfærisk trekant med toppunkter i zenit, den nordlige himmelpol og stjernen X; det kaldes den "astronomiske trekant".

Vinklen med toppunktet ved den nordlige himmelpol mellem observatørens meridian og retningen til et eller andet punkt på himmelkuglen kaldes "timevinklen" for dette punkt; den måles vest for meridianen. Timevinklen for forårsjævndøgn, udtrykt i timer, minutter og sekunder, kaldes "siderisk tid" (Si. T. - siderisk tid) ved observationspunktet. Og da den rigtige opstigning af en stjerne også er den polære vinkel mellem retningen mod den og punktet for forårsjævndøgn, er siderisk tid lig med den rigtige opstigning af alle punkter, der ligger på observatørens meridian.

Således er timevinklen for ethvert punkt på himmelsfæren lig med forskellen mellem siderisk tid og dens højre opstigning:

Lad iagttagerens breddegrad være j. Hvis stjernens ækvatorialkoordinater er angivet -en Og d, derefter dens vandrette koordinater EN Og kan beregnes ved hjælp af følgende formler:

Du kan også løse det omvendte problem: ved at bruge de målte værdier EN Og h, ved at kende tiden, beregn -en Og d. Deklination d regnet direkte ud fra den sidste formel, derefter regnet ud fra den næstsidste N, og fra den første, hvis siderisk tid er kendt, beregnes den -en.

Repræsentation af den himmelske sfære.

I mange århundreder har videnskabsmænd søgt efter de bedste måder at repræsentere den himmelske sfære til undersøgelse eller demonstration. To typer modeller blev foreslået: todimensionelle og tredimensionelle.

Himmelkuglen kan afbildes på et plan på samme måde som den kugleformede Jord er afbildet på kort. I begge tilfælde er det nødvendigt at vælge et geometrisk projektionssystem. Det første forsøg på at repræsentere dele af himmelsfæren på et fly var klippemalerier af stjernekonfigurationer i de gamle menneskers huler. I dag findes der forskellige stjernekort, udgivet i form af håndtegnede eller fotografiske stjerneatlas, der dækker hele himlen.

Gamle kinesiske og græske astronomer konceptualiserede himmelsfæren i en model kendt som "armillærsfæren". Den består af metalcirkler eller ringe forbundet med hinanden for at vise de vigtigste cirkler i himmelkuglen. Nu om dage bruges ofte stjernekloder, hvorpå stjernernes positioner og himmelkuglens hovedcirkler er markeret. Armillarkugler og glober har en fælles ulempe: stjernernes positioner og markeringerne af cirklerne er markeret på deres ydre, konvekse side, som vi ser udefra, mens vi ser på himlen "indefra", og stjerner synes for os at være placeret på den konkave side af himmelkuglen. Dette fører nogle gange til forvirring i bevægelsesretningerne for stjerner og stjernebilleder.

Den mest realistiske repræsentation af himmelsfæren er leveret af et planetarium. Den optiske projektion af stjerner på en halvkugleformet skærm indefra giver dig mulighed for meget nøjagtigt at gengive himlens udseende og alle slags bevægelser af armaturerne på den.