Công việc trong phòng thí nghiệm “Các yếu tố cơ bản của thiên cầu. thiên cầu

Chủ đề 4. HÌNH THỨC TRỜI. HỆ tọa độ thiên văn học

4.1. quả cầu thiên thể

thiên cầu - một quả cầu tưởng tượng có bán kính tùy ý mà các thiên thể được chiếu lên đó. Phục vụ để giải quyết các vấn đề đo lường thiên văn khác nhau. Mắt của người quan sát thường được coi là trung tâm của thiên cầu. Đối với người quan sát trên bề mặt Trái đất, chuyển động quay của thiên cầu tái tạo chuyển động hàng ngày của các ngôi sao sáng trên bầu trời.

Ý tưởng về Thiên cầu nảy sinh từ thời cổ đại; nó dựa trên ấn tượng trực quan về sự tồn tại của một vòm trời. Ấn tượng này là do thực tế là do khoảng cách quá lớn của các thiên thể, mắt người không thể đánh giá được sự khác biệt về khoảng cách đối với chúng và chúng có vẻ xa như nhau. Đối với các dân tộc cổ đại, điều này gắn liền với sự hiện diện của một quả cầu thực sự bao bọc toàn bộ thế giới và mang theo vô số ngôi sao trên bề mặt của nó. Vì vậy, theo quan điểm của họ, thiên cầu là yếu tố quan trọng nhất của Vũ trụ. Với sự phát triển của kiến ​​thức khoa học, quan điểm này về thiên cầu đã biến mất. Tuy nhiên, hình dạng của thiên cầu, được hình thành từ thời cổ đại, là kết quả của sự phát triển và cải tiến, đã nhận được một dạng hiện đại, trong đó nó được sử dụng trong phép đo chiêm tinh.

Bán kính của thiên cầu có thể được lấy theo bất kỳ cách nào: để đơn giản hóa các mối quan hệ hình học, nó được coi là bằng đơn vị. Tùy thuộc vào vấn đề đang được giải quyết, tâm của thiên cầu có thể được đặt ở vị trí:

người quan sát ở đâu (thiên cầu địa tâm),

đến tâm Trái đất (thiên cầu địa tâm),

đến trung tâm của một hành tinh cụ thể (thiên cầu hành tinh tâm),

tới tâm Mặt trời (thiên cầu nhật tâm) hoặc tới bất kỳ điểm nào khác trong không gian.

Mỗi ngôi sao sáng trên thiên cầu tương ứng với một điểm mà tại đó nó được cắt bởi một đường thẳng nối tâm của thiên cầu với ngôi sao sáng (với tâm của nó). Khi nghiên cứu các vị trí tương đối và chuyển động nhìn thấy được của các ngôi sao trên thiên cầu, hệ tọa độ này hoặc hệ tọa độ khác được chọn, xác định bởi các điểm và đường chính. Cái sau thường là những vòng tròn lớn của thiên cầu. Mỗi đường tròn lớn của hình cầu có hai cực, được xác định trên đó bởi các đầu của đường kính vuông góc với mặt phẳng của đường tròn đã cho.

Tên của các điểm và cung quan trọng nhất trên thiên cầu

Đường dây dọi (hoặc đường thẳng đứng) - một đường thẳng đi qua tâm Trái đất và thiên cầu. Một đường dây dọi cắt bề mặt của thiên cầu tại hai điểm - thiên đỉnh , phía trên đầu của người quan sát, và điểm thấp nhất - điểm đối xứng đường kính.

chân trời toán học - một vòng tròn lớn của thiên cầu, mặt phẳng của nó vuông góc với đường dây dọi. Mặt phẳng của chân trời toán học đi qua tâm thiên cầu và chia bề mặt của nó thành hai nửa: dễ thấyđối với người quan sát, với đỉnh ở thiên đỉnh, và vô hình, với đỉnh ở điểm thấp nhất. Đường chân trời toán học có thể không trùng với đường chân trời khả kiến ​​do bề mặt Trái đất không bằng phẳng và độ cao khác nhau của các điểm quan sát, cũng như sự bẻ cong của các tia sáng trong khí quyển.

Cơm. 4.1. thiên cầu

trục thế giới - trục quay biểu kiến ​​của thiên cầu, song song với trục Trái đất.

Trục của thế giới giao nhau với bề mặt của thiên cầu tại hai điểm - cực bắc của thế giới Và cực nam của thế giới .

cực thiên - một điểm trên thiên cầu mà xung quanh đó xảy ra chuyển động nhìn thấy được hàng ngày của các ngôi sao do Trái đất quay quanh trục của nó. Cực Bắc của thế giới nằm trong chòm sao các chòm sao, phương nam trong chòm sao bát phân. Kết quả là tuế sai Các cực của thế giới dịch chuyển khoảng 20" mỗi năm.

Độ cao của thiên cực bằng vĩ độ của người quan sát. Cực thiên nằm ở phần chân trời phía trên của quả cầu được gọi là cao, trong khi cực thiên khác nằm ở phần dưới chân trời của quả cầu được gọi là thấp.

Đường xích đạo - một vòng tròn lớn của thiên cầu, mặt phẳng của nó vuông góc với trục của thế giới. Đường xích đạo thiên thể chia bề mặt thiên cầu thành hai bán cầu: Phương bắc bán cầu , với đỉnh của nó ở thiên cực bắc, và Nam bán cầu , với đỉnh của nó ở thiên cực nam.

Đường xích đạo thiên thể cắt đường chân trời toán học tại hai điểm: điểm phía đông Và điểm hướng Tây . Điểm phía đông là điểm mà tại đó các điểm của thiên cầu đang quay giao nhau với đường chân trời toán học, đi từ bán cầu vô hình đến bán cầu nhìn thấy được.

kinh tuyến thiên thể - một vòng tròn lớn của thiên cầu, mặt phẳng của nó đi qua đường dây dọi và trục của thế giới. Kinh tuyến thiên thể chia bề mặt thiên cầu thành hai bán cầu - bán cầu đông , với đỉnh ở điểm phía đông, và Tây bán cầu , với đỉnh của nó ở điểm phía tây.

Tuyến buổi trưa – đường giao nhau của mặt phẳng kinh tuyến trời và mặt phẳng đường chân trời toán học.

kinh tuyến thiên thể cắt đường chân trời toán học tại hai điểm: điểm phía Bắc Và điểm phía nam . Điểm phía bắc là điểm gần cực bắc của thế giới hơn.

Hoàng đạo – quỹ đạo chuyển động biểu kiến ​​hàng năm của Mặt trời trên thiên cầu. Mặt phẳng hoàng đạo cắt mặt phẳng xích đạo thiên cầu một góc ε = 23°26".

Đường hoàng đạo cắt đường xích đạo thiên cầu tại hai điểm - mùa xuân Và mùa thu phân . Tại điểm xuân phân, Mặt trời di chuyển từ bán cầu nam của thiên cầu về phía bắc, tại điểm thu phân - từ bán cầu bắc của thiên cầu về phía nam.

Các điểm của hoàng đạo cách điểm phân 90° được gọi là dấu chấm mùa hè ngày hạ chí (ở bán cầu bắc) và dấu chấm mùa đông ngày hạ chí (ở Nam bán cầu).

Trục hoàng đạo – đường kính của thiên cầu vuông góc với mặt phẳng hoàng đạo.

4.2. Các đường và mặt phẳng chính của thiên cầu

Trục hoàng đạo cắt bề mặt của thiên cầu tại hai điểm - cực bắc của hoàng đạo , nằm ở bán cầu bắc và cực nam của hoàng đạo, nằm ở bán cầu nam.

Almucantarat (Vòng tròn Ả Rập có độ cao bằng nhau) ánh sáng - một vòng tròn nhỏ của thiên cầu đi qua ánh sáng, mặt phẳng của nó song song với mặt phẳng của đường chân trời toán học.

Vòng tròn chiều cao hoặc thẳng đứng vòng tròn hoặc thẳng đứng những ngôi sao sáng - một hình bán nguyệt lớn của thiên cầu đi qua thiên đỉnh, ánh sáng và điểm thấp nhất.

Song song hàng ngày ngôi sao sáng - một vòng tròn nhỏ của thiên cầu đi qua ngôi sao sáng, mặt phẳng của nó song song với mặt phẳng xích đạo thiên thể. Các chuyển động hàng ngày có thể nhìn thấy được của các ngôi sao sáng xảy ra dọc theo các điểm tương đồng hàng ngày.

Vòng tròn độ xích vĩ các ngôi sao sáng - một hình bán nguyệt lớn của thiên cầu, đi qua các cực của thế giới và ngôi sao sáng.

Vòng tròn hoàng đạo vĩ độ , hay đơn giản là vòng tròn vĩ độ của ánh sáng - một hình bán nguyệt lớn của thiên cầu, đi qua các cực của hoàng đạo và ánh sáng.

Vòng tròn thiên hà vĩ độ các ngôi sao sáng - một hình bán nguyệt lớn của thiên cầu đi qua các cực và các ngôi sao thiên hà.

2. HỆ tọa độ thiên văn học

Hệ tọa độ thiên thể được sử dụng trong thiên văn học để mô tả vị trí của các ngôi sao sáng trên bầu trời hoặc các điểm trên một thiên cầu tưởng tượng. Tọa độ của các điểm sáng hoặc điểm được xác định bằng hai giá trị góc (hoặc cung), xác định duy nhất vị trí của các vật thể trên thiên cầu. Như vậy, hệ tọa độ thiên thể là hệ tọa độ cầu trong đó tọa độ thứ ba - khoảng cách - thường không xác định và không đóng vai trò gì.

Các hệ tọa độ thiên thể khác nhau ở việc lựa chọn mặt phẳng chính. Tùy thuộc vào nhiệm vụ hiện tại, việc sử dụng hệ thống này hoặc hệ thống khác có thể thuận tiện hơn. Được sử dụng phổ biến nhất là hệ tọa độ ngang và xích đạo. Ít thường xuyên hơn - hoàng đạo, thiên hà và những thứ khác.

Hệ tọa độ ngang

Hệ tọa độ ngang (horizontal) là hệ tọa độ thiên thể trong đó mặt phẳng chính là mặt phẳng của chân trời toán học, các cực là thiên đỉnh và nadir. Nó được sử dụng khi quan sát các ngôi sao và chuyển động của các thiên thể trong Hệ Mặt trời trên mặt đất bằng mắt thường, qua ống nhòm hoặc kính thiên văn. Tọa độ ngang của các hành tinh, Mặt trời và các ngôi sao liên tục thay đổi trong ngày do sự quay hàng ngày của thiên cầu.

Đường thẳng và mặt phẳng

Hệ tọa độ ngang luôn có tính địa tâm. Người quan sát luôn đứng ở một điểm cố định trên bề mặt trái đất (được đánh dấu bằng chữ O trên hình). Chúng ta sẽ giả sử rằng người quan sát nằm ở Bắc bán cầu của Trái đất ở vĩ độ φ. Sử dụng dây dọi, hướng tới thiên đỉnh (Z) được xác định là điểm trên cùng mà dây dọi hướng tới, và điểm thấp nhất (Z") được xác định là đáy (dưới Trái đất). Do đó, đường thẳng ( ZZ") nối thiên đỉnh và thiên đỉnh được gọi là đường dọi.

4.3. Hệ tọa độ ngang

Mặt phẳng vuông góc với đường dọi tại điểm O được gọi là mặt phẳng chân trời toán học. Trên mặt phẳng này, hướng về phía nam (địa lý) và phía bắc được xác định, ví dụ, theo hướng bóng ngắn nhất của gnomon trong ngày. Nó sẽ ngắn nhất vào buổi trưa thực sự và đường (NS) nối từ nam ra bắc được gọi là đường giữa trưa. Các điểm phía đông (E) và phía tây (W) được lấy lần lượt là 90 độ so với điểm phía nam, ngược chiều kim đồng hồ và theo chiều kim đồng hồ, khi nhìn từ thiên đỉnh. Như vậy, NESW là mặt phẳng của chân trời toán học

Máy bay đi qua đường thẳng và đường thẳng đứng (ZNZ"S) được gọi là mặt phẳng của kinh tuyến trời , và mặt phẳng đi qua thiên thể là mặt phẳng thẳng đứng của một thiên thể nhất định . Vòng tròn lớn trong đó nó đi qua thiên cầu, gọi là phương thẳng đứng của thiên thể .

Trong hệ tọa độ ngang, một tọa độ là chiều cao của đèn h, hoặc của anh ấy khoảng cách thiên đỉnh z. Tọa độ khác là góc phương vị MỘT.

Chiều cao h của đèn được gọi là cung của đường thẳng đứng của ngôi sao sáng từ mặt phẳng của chân trời toán học đến hướng hướng tới ngôi sao sáng. Độ cao được đo từ 0° đến +90° đến thiên đỉnh và từ 0° đến −90° đến điểm thấp nhất.

Khoảng cách thiên đỉnh z của ánh sáng được gọi là cung thẳng đứng của ngôi sao từ thiên đỉnh đến ngôi sao. Khoảng cách thiên đỉnh được đo từ 0° đến 180° từ thiên đỉnh đến điểm thấp nhất.

Phương vị A của ánh sáng được gọi là cung của chân trời toán học từ điểm phía nam đến đường thẳng đứng của ngôi sao. Các góc phương vị được đo theo hướng quay hàng ngày của thiên cầu, nghĩa là về phía tây của điểm phía nam, dao động từ 0° đến 360°. Đôi khi góc phương vị được đo từ 0° đến +180° về phía tây và từ 0° đến −180° về phía đông (trong trắc địa, góc phương vị được đo từ điểm phía bắc).

Đặc điểm của sự thay đổi tọa độ của các thiên thể

Vào ban ngày, ngôi sao mô tả một đường tròn vuông góc với trục của thế giới (PP”), ở vĩ độ φ nghiêng với đường chân trời toán học một góc φ. Do đó, nó sẽ di chuyển song song với đường chân trời toán học chỉ ở φ bằng đến 90 độ, tức là ở Bắc Cực. Do đó, tất cả các ngôi sao nhìn thấy được ở đó sẽ không lặn (kể cả Mặt trời trong sáu tháng, xem độ dài của ngày) và chiều cao h của chúng sẽ không đổi. Ở các vĩ độ khác , các ngôi sao có thể quan sát tại một thời điểm nhất định trong năm được chia thành:

giảm dần và tăng dần (h đi qua 0 trong ngày)

không tới (h luôn lớn hơn 0)

không tăng dần (h luôn nhỏ hơn 0)

Chiều cao tối đa h của ngôi sao sẽ được quan sát mỗi ngày một lần khi nó đi qua một trong hai đường đi qua kinh tuyến thiên thể - đỉnh cao và mức tối thiểu - trong lần thứ hai - đỉnh thấp hơn. Từ đỉnh dưới lên đỉnh trên, độ cao h của sao tăng dần, từ trên xuống dưới giảm dần.

Hệ tọa độ xích đạo thứ nhất

Trong hệ thống này, mặt phẳng chính là mặt phẳng xích đạo thiên thể. Một tọa độ trong trường hợp này là xích vĩ δ (hiếm khi hơn là khoảng cách cực p). Một tọa độ khác là góc giờ t.

Độ lệch δ của một ngôi sao sáng là cung của vòng tròn xích vĩ từ xích đạo thiên thể đến ánh sáng, hoặc góc giữa mặt phẳng xích đạo thiên thể và hướng tới ánh sáng. Độ xích vĩ được đo từ 0° đến +90° đối với thiên cực bắc và từ 0° đến −90° đối với thiên cực nam.

4.4. Hệ tọa độ xích đạo

Khoảng cách cực p của một ngôi sao sáng là cung của vòng tròn xích vĩ từ thiên cực bắc đến ngôi sao sáng, hoặc góc giữa trục của thế giới và hướng tới ngôi sao sáng. Khoảng cách cực được đo từ 0° đến 180° từ cực thiên bắc đến cực nam.

Góc giờ t của một ngôi sao sáng là cung của đường xích đạo trời tính từ điểm cao nhất của đường xích đạo trời (nghĩa là điểm giao nhau của đường xích đạo trời với kinh tuyến trời) đến vòng tròn xích vĩ của ngôi sao, hoặc góc nhị diện giữa các mặt phẳng của kinh tuyến trời và vòng tròn xích vĩ của ánh sáng. Góc giờ được tính theo hướng quay hàng ngày của thiên cầu, nghĩa là về phía tây của điểm cao nhất của đường xích đạo thiên cầu, trong khoảng từ 0° đến 360° (theo thước đo độ) hoặc từ 0h đến 24h (theo đo theo giờ). Đôi khi góc giờ được đo từ 0° đến +180° (0h đến +12h) ở phía tây và từ 0° đến −180° (0h đến −12h) ở phía đông.

Hệ tọa độ xích đạo thứ hai

Trong hệ thống này, giống như trong hệ xích đạo thứ nhất, mặt phẳng chính là mặt phẳng của xích đạo thiên cầu, và một tọa độ là xích vĩ δ (ít thường xuyên hơn, khoảng cách cực p). Tọa độ còn lại là thăng thiên phải α. Xích kinh (RA, α) của một ngôi sao là cung của đường xích đạo trời tính từ điểm xuân phân đến vòng xích vĩ của ngôi sao, hoặc góc giữa hướng đến điểm xuân phân và mặt phẳng của vòng tròn xích vĩ của ánh sáng. Thăng thiên bên phải được tính theo hướng ngược lại với hướng quay hàng ngày của thiên cầu, trong khoảng từ 0° đến 360° (tính theo độ) hoặc từ 0h đến 24h (tính theo giờ).

RA là giá trị thiên văn tương đương với kinh độ Trái đất. Cả RA và kinh độ đều đo góc đông-tây dọc theo đường xích đạo; cả hai biện pháp đều dựa trên điểm 0 ở xích đạo. Đối với kinh độ, điểm 0 là kinh tuyến gốc; đối với RA, điểm 0 là vị trí trên bầu trời nơi Mặt trời đi qua đường xích đạo thiên thể tại điểm xuân phân.

Xích vĩ (δ) trong thiên văn học là một trong hai tọa độ của hệ tọa độ xích đạo. Bằng khoảng cách góc trên thiên cầu từ mặt phẳng xích đạo thiên thể đến ánh sáng và thường được biểu thị bằng độ, phút và giây cung. Xích vĩ là dương ở phía bắc xích đạo trời và âm ở phía nam. Độ xích vĩ luôn có dấu, ngay cả khi xích vĩ dương.

Độ xích của một thiên thể đi qua thiên đỉnh bằng vĩ độ của người quan sát (nếu chúng ta coi vĩ độ phía bắc có dấu + và vĩ độ phía nam là âm). Ở bán cầu bắc của Trái đất, với một vĩ độ nhất định φ, các thiên thể có xích vĩ

δ > +90° − φ không vượt quá đường chân trời nên được gọi là không thiết lập. Nếu góc nghiêng của vật là δ

Hệ tọa độ hoàng đạo

Trong hệ thống này, mặt phẳng chính là mặt phẳng hoàng đạo. Một tọa độ trong trường hợp này là vĩ độ hoàng đạo β, và tọa độ kia là kinh độ hoàng đạo λ.

4.5. Mối quan hệ giữa hệ tọa độ hoàng đạo và xích đạo thứ hai

Vĩ độ hoàng đạo của một ngôi sao sáng β là cung của đường tròn vĩ độ từ hoàng đạo đến ngôi sao sáng, hoặc góc giữa mặt phẳng của hoàng đạo và hướng về phía ngôi sao. Vĩ độ hoàng đạo được đo từ 0° đến +90° đến cực bắc của hoàng đạo và từ 0° đến −90° đến cực nam của hoàng đạo.

Kinh độ hoàng đạo λ của một ngôi sao sáng là cung của hoàng đạo tính từ điểm xuân phân đến đường tròn vĩ độ của ngôi sao, hoặc góc giữa hướng đến điểm xuân phân và mặt phẳng của đường tròn vĩ độ của ánh sáng. Kinh độ hoàng đạo được đo theo hướng chuyển động biểu kiến ​​hàng năm của Mặt trời dọc theo hoàng đạo, tức là phía đông của điểm xuân phân trong phạm vi từ 0° đến 360°.

Hệ tọa độ thiên hà

Trong hệ thống này, mặt phẳng chính là mặt phẳng của Thiên hà của chúng ta. Một tọa độ trong trường hợp này là vĩ độ thiên hà b và tọa độ kia là kinh độ thiên hà l.

4.6. Hệ tọa độ xích đạo thứ hai và thiên hà.

Vĩ độ thiên hà b của một ngôi sao sáng là cung của vòng tròn vĩ độ thiên hà từ hoàng đạo đến ngôi sao sáng, hoặc góc giữa mặt phẳng của đường xích đạo thiên hà và hướng về phía ngôi sao sáng.

Các vĩ độ thiên hà dao động từ 0° đến +90° đối với cực thiên hà phía bắc và từ 0° đến −90° đối với cực thiên hà phía nam.

Kinh độ thiên hà l của một ngôi sao sáng là cung của đường xích đạo thiên hà từ điểm tham chiếu C đến đường tròn vĩ độ thiên hà của ngôi sao hoặc góc giữa hướng đến điểm tham chiếu C và mặt phẳng của đường tròn thiên hà vĩ độ của ánh sáng. Kinh độ thiên hà được đo ngược chiều kim đồng hồ khi nhìn từ cực bắc thiên hà, tức là phía đông của mốc C, dao động từ 0° đến 360°.

Điểm tham chiếu C nằm gần hướng của tâm thiên hà, nhưng không trùng với nó, vì điểm sau, do Hệ Mặt trời hơi cao so với mặt phẳng của đĩa thiên hà, nằm khoảng 1° về phía nam của tâm thiên hà. đường xích đạo thiên hà. Điểm bắt đầu C được chọn sao cho điểm giao nhau của các đường xích đạo thiên hà và thiên hà có kinh độ thiên hà là 280° có kinh độ thiên hà là 32,93192° (đối với kỷ nguyên 2000).

Được xác định bởi tọa độ của chúng trên thiên cầu. Các giá trị tương đương của vĩ độ và kinh độ trên thiên cầu (trong hệ tọa độ xích đạo thứ hai) được gọi là xích vĩ (được đo bằng độ từ +90? đến -90?) và độ cao trực tiếp (được đo bằng giờ từ 0 đến 24). Các thiên cực nằm phía trên các cực của Trái đất và đường xích đạo thiên thể nằm phía trên đường xích đạo của Trái đất. Đối với người quan sát trên trái đất, có vẻ như thiên cầu đang quay quanh Trái đất. Trên thực tế, chuyển động tưởng tượng của thiên cầu là do Trái đất quay quanh trục của nó.

1. Lịch sử của khái niệm

Ý tưởng về thiên cầu nảy sinh từ thời cổ đại; nó dựa trên ấn tượng về sự tồn tại của một bầu trời hình vòm. Ấn tượng này là do thực tế là do khoảng cách quá lớn của các thiên thể, mắt người không thể đánh giá được sự khác biệt về khoảng cách đối với chúng và chúng có vẻ xa như nhau. Đối với các dân tộc cổ đại, điều này gắn liền với sự hiện diện của một quả cầu thực sự bao bọc toàn bộ thế giới và mang trên bề mặt của nó các ngôi sao, Mặt trăng và Mặt trời. Vì vậy, theo quan điểm của họ, thiên cầu là yếu tố quan trọng nhất của Vũ trụ. Với sự phát triển của kiến ​​thức khoa học, quan điểm này về thiên cầu đã biến mất. Tuy nhiên, hình dạng của thiên cầu, được hình thành từ thời cổ đại, là kết quả của sự phát triển và cải tiến, đã nhận được một dạng hiện đại, trong đó nó được sử dụng trong phép đo chiêm tinh.

• tại vị trí trên bề mặt Trái đất nơi đặt người quan sát (thiên cầu là địa tâm),
• ở trung tâm Trái đất (thiên cầu địa tâm),
• ở trung tâm của một hành tinh cụ thể (thiên cầu hành tinh tâm),
• ở trung tâm Mặt trời (thiên cầu nhật tâm)
• tại bất kỳ điểm nào khác trong không gian nơi có người quan sát (thực hoặc giả định).

Mỗi ngôi sao trên thiên cầu tương ứng với một điểm mà tại đó nó được cắt bởi một đường thẳng nối tâm của thiên cầu với ngôi sao sáng (hoặc với tâm của ngôi sao, nếu nó lớn và không phải là một điểm). Để nghiên cứu vị trí tương đối và chuyển động nhìn thấy được của các ngôi sao trên thiên cầu, hãy chọn hệ tọa độ thiên thể này hoặc hệ tọa độ thiên thể khác, được xác định bởi các điểm và đường chính. Cái sau thường là những vòng tròn lớn của thiên cầu. Mỗi đường tròn lớn của hình cầu có hai cực, được xác định trên đó bởi các đầu của đường kính vuông góc với mặt phẳng của đường tròn này.

2. Tên các điểm và cung quan trọng nhất trên thiên cầu

2.1. Đường dây dọi

Đường dọi (hay đường thẳng đứng) là đường thẳng đi qua tâm thiên cầu và trùng với hướng của đường dọi (thẳng đứng) tại vị trí quan sát. Đối với người quan sát trên bề mặt Trái đất, một đường dây dọi đi qua tâm Trái đất và điểm quan sát.

2.2. Thiên đỉnh và đáy

Đường dây dọi giao với bề mặt của thiên cầu tại hai điểm - thiên đỉnh, phía trên đầu người quan sát và điểm thấp nhất, đối diện hoàn toàn với điểm đó.

2.3. chân trời toán học

Đường chân trời toán học là một vòng tròn lớn của thiên cầu, mặt phẳng của nó vuông góc với đường dây dọi. Đường chân trời toán học chia bề mặt của thiên cầu thành hai nửa: người quan sát có thể nhìn thấy được với đỉnh ở thiên đỉnh và phần vô hình với đỉnh ở điểm thấp nhất. Nói chung, đường chân trời toán học không trùng với đường chân trời khả kiến ​​do bề mặt Trái đất không bằng phẳng và độ cao khác nhau của các điểm quan sát, cũng như sự bẻ cong của các tia sáng trong khí quyển.

2.4. trục thế giới

Trục mundi là đường kính mà thiên cầu quay quanh.

2.5. Các cực của thế giới

Trục mundi giao với bề mặt của thiên cầu tại hai điểm - thiên cực bắc và thiên cực nam. Cực bắc là cực mà từ đó thiên cầu quay theo chiều kim đồng hồ khi nhìn từ bên ngoài vào quả cầu. Nếu bạn nhìn thiên cầu từ bên trong (đó là điều chúng ta thường làm khi quan sát bầu trời đầy sao), thì ở vùng lân cận cực bắc của thế giới, vòng quay của nó xảy ra ngược chiều kim đồng hồ và ở vùng lân cận cực nam của trái đất. thế giới nó quay theo chiều kim đồng hồ.

2.6. Đường xích đạo

Đường xích đạo thiên thể là một vòng tròn lớn của thiên cầu, mặt phẳng của nó vuông góc với trục của thế giới. Đó là hình chiếu của đường xích đạo trái đất lên thiên cầu. Đường xích đạo thiên thể chia bề mặt thiên cầu thành hai bán cầu: bán cầu bắc, với đỉnh ở thiên cực bắc, và bán cầu nam, với đỉnh ở thiên cực nam.

2.7. Điểm bình minh và hoàng hôn

Đường xích đạo thiên thể giao với đường chân trời toán học tại hai điểm: điểm phía đông và điểm phía tây. Điểm ảo là điểm mà từ đó một điểm trên thiên cầu, do chuyển động quay của nó, đi qua chân trời toán học, đi từ bán cầu vô hình đến bán cầu hữu hình.

2.8. kinh tuyến thiên thể

Kinh tuyến thiên thể là một vòng tròn lớn của thiên cầu, mặt phẳng của nó đi qua đường dây dọi và trục của thế giới. Kinh tuyến thiên thể chia bề mặt của thiên cầu thành hai bán cầu - bán cầu đông, với đỉnh ở điểm phía đông và bán cầu tây, với đỉnh ở điểm phía tây.

2.9. Tuyến trưa

Đường trưa là đường giao nhau của mặt phẳng kinh tuyến trời và mặt phẳng đường chân trời toán học.

2.10. Điểm phía bắc và phía nam

Kinh tuyến thiên thể giao nhau với đường chân trời toán học tại hai điểm: điểm phía bắc và điểm phía nam. Điểm phía bắc là điểm gần cực bắc của thế giới hơn.

2.11. Hoàng đạo

Hoàng đạo là vòng tròn lớn của thiên cầu, là giao điểm của thiên cầu và mặt phẳng quỹ đạo của trái đất. Hoàng đạo thực hiện chuyển động nhìn thấy được hàng năm của Mặt trời trên thiên cầu. Mặt phẳng hoàng đạo cắt mặt phẳng xích đạo thiên cầu một góc ε = 23? 26".

2.12. điểm phân điểm

Đường hoàng đạo giao với đường xích đạo thiên cầu tại hai điểm - điểm xuân phân và điểm thu phân. Điểm xuân phân là điểm mà Mặt trời, trong chuyển động hàng năm của nó, đi từ bán cầu nam của thiên cầu đến phía bắc. Vào thời điểm thu phân, Mặt trời di chuyển từ bán cầu bắc của thiên cầu về phía nam.

2.13. điểm hạ chí

Các điểm của đường hoàng đạo cách điểm phân điểm 90? được gọi là điểm hạ chí (ở bán cầu bắc) và điểm đông chí (ở bán cầu nam).

2.14. Trục hoàng đạo

Trục hoàng đạo là đường kính của thiên cầu vuông góc với mặt phẳng hoàng đạo.

2.15. Các cực của hoàng đạo

Trục hoàng đạo giao nhau với bề mặt của thiên cầu tại hai điểm - cực bắc của hoàng đạo nằm ở bán cầu bắc và cực nam của hoàng đạo nằm ở bán cầu nam.

2.16. Cực thiên hà và đường xích đạo thiên hà

Một điểm trên thiên cầu có tọa độ xích đạo α = 192,85948? β = 27,12825? được gọi là cực thiên hà phía bắc và điểm đối diện với nó được gọi là cực thiên hà phía nam. Vòng tròn lớn của thiên cầu, mặt phẳng vuông góc với đường nối các cực thiên hà, được gọi là đường xích đạo thiên hà.

3. Tên các cung trên thiên cầu gắn với vị trí của các ngôi sao

3.1. Almucantarat

Almucantarat - tiếng Ả Rập. vòng tròn có độ cao bằng nhau. Almucantarat của một ngôi sao sáng là một vòng tròn nhỏ của thiên cầu đi qua ngôi sao sáng, mặt phẳng của nó song song với mặt phẳng của chân trời toán học.

3.2. Vòng tròn dọc

Vòng tròn theo độ cao hoặc vòng tròn thẳng đứng hoặc thẳng đứng của ánh sáng là một hình bán nguyệt lớn của thiên cầu, đi qua thiên đỉnh, ánh sáng và điểm thấp nhất.

3.3. Song song hàng ngày

Vĩ tuyến hàng ngày của một ngôi sao sáng là một vòng tròn nhỏ của thiên cầu đi qua ngôi sao sáng, mặt phẳng của nó song song với mặt phẳng xích đạo thiên thể. Các chuyển động hàng ngày có thể nhìn thấy được của các ngôi sao sáng xảy ra dọc theo các điểm tương đồng hàng ngày.

3.4. Vòng tròn nghiêng

Vòng nghiêng của ngôi sao sáng là một hình bán nguyệt lớn của thiên cầu, đi qua các cực của thế giới và ngôi sao sáng.

3.5. Vòng tròn vĩ độ hoàng đạo

Vòng tròn vĩ độ Hoàng đạo, hay đơn giản là vòng tròn vĩ độ của một ngôi sao sáng, là một hình bán nguyệt lớn của thiên cầu, đi qua các cực của hoàng đạo và ngôi sao sáng.

3.6. Vòng vĩ độ thiên hà

Vòng tròn vĩ độ thiên hà của một ngôi sao sáng là một hình bán nguyệt lớn của thiên cầu, đi qua các cực thiên hà và ngôi sao sáng.

Bán kính tùy ý mà các thiên thể được chiếu lên: được sử dụng để giải các bài toán thiên văn khác nhau. Mắt của người quan sát được coi là trung tâm của thiên cầu; trong trường hợp này, người quan sát có thể được định vị cả trên bề mặt Trái đất và tại các điểm khác trong không gian (ví dụ: anh ta có thể được coi là tâm Trái đất). Đối với người quan sát trên mặt đất, chuyển động quay của thiên cầu tái tạo chuyển động hàng ngày của các ngôi sao sáng trên bầu trời.

Mỗi thiên thể tương ứng với một điểm trên thiên cầu mà tại đó nó được cắt bởi một đường thẳng nối tâm hình cầu với tâm thiên thể. Khi nghiên cứu vị trí và chuyển động biểu kiến ​​của các ngôi sao sáng trên thiên cầu, hệ tọa độ cầu này hoặc hệ tọa độ cầu khác được chọn. Việc tính toán vị trí của các ngôi sao sáng trên thiên cầu được thực hiện bằng cơ học thiên thể và lượng giác cầu và tạo thành chủ đề của thiên văn học hình cầu.

Câu chuyện

Ý tưởng về thiên cầu nảy sinh từ thời cổ đại; nó dựa trên ấn tượng trực quan về sự tồn tại của một vòm trời. Ấn tượng này là do thực tế là do khoảng cách quá lớn của các thiên thể, mắt người không thể đánh giá được sự khác biệt về khoảng cách đối với chúng và chúng có vẻ xa như nhau. Đối với các dân tộc cổ đại, điều này gắn liền với sự hiện diện của một quả cầu thực sự bao bọc toàn bộ thế giới và mang theo vô số ngôi sao trên bề mặt của nó. Vì vậy, theo quan điểm của họ, thiên cầu là yếu tố quan trọng nhất của Vũ trụ. Với sự phát triển của kiến ​​thức khoa học, quan điểm này về thiên cầu đã biến mất. Tuy nhiên, hình dạng của thiên cầu, được hình thành từ thời cổ đại, là kết quả của sự phát triển và cải tiến, đã nhận được một dạng hiện đại, trong đó nó được sử dụng trong phép đo chiêm tinh.

Các yếu tố của thiên cầu

Dây dọi và các khái niệm liên quan

Đường dây dọi(hoặc đường thẳng đứng) - đường thẳng đi qua tâm thiên cầu và trùng với hướng của dây dọi tại vị trí quan sát. Một đường dây dọi cắt bề mặt của thiên cầu tại hai điểm - thiên đỉnh phía trên đầu của người quan sát và điểm thấp nhất dưới chân người quan sát.

Đường chân trời thực (toán học hoặc thiên văn)- một vòng tròn lớn của thiên cầu, mặt phẳng của nó vuông góc với đường dây dọi. Đường chân trời thực sự chia bề mặt thiên cầu thành hai bán cầu: bán cầu nhìn thấy được với đỉnh ở đỉnh cao và bán cầu vô hình với đỉnh ở điểm thấp nhất. Đường chân trời thực sự không trùng với đường chân trời nhìn thấy được do độ cao của điểm quan sát so với bề mặt trái đất, cũng như do sự bẻ cong của các tia sáng trong khí quyển.

vòng tròn chiều cao, hoặc thẳng đứng,ánh sáng - một hình bán nguyệt lớn của thiên cầu đi qua ánh sáng, thiên đỉnh và đáy. Almucantarat(tiếng Ả Rập “vòng tròn có độ cao bằng nhau”) - một vòng tròn nhỏ của thiên cầu, mặt phẳng của nó song song với mặt phẳng của đường chân trời toán học. Các vòng tròn độ cao và các vòng tròn độ cao tạo thành một lưới tọa độ xác định tọa độ ngang của ánh sáng.

Vòng quay hàng ngày của thiên cầu và các khái niệm liên quan

trục thế giới- một đường tưởng tượng đi qua tâm thế giới, xung quanh đó thiên cầu quay. Trục của thế giới giao nhau với bề mặt của thiên cầu tại hai điểm - cực bắc của thế giới Và cực nam của thế giới. Sự quay của thiên cầu xảy ra ngược chiều kim đồng hồ quanh cực bắc khi nhìn vào thiên cầu từ bên trong.

Đường xích đạo- một vòng tròn lớn của thiên cầu, mặt phẳng của nó vuông góc với trục của thế giới và đi qua tâm của thiên cầu. Đường xích đạo thiên thể chia thiên cầu thành hai bán cầu: Phương bắc Và phía Nam.

Vòng tròn suy giảm của ánh sáng- một vòng tròn lớn của thiên cầu đi qua các cực của thế giới và một ngôi sao sáng nhất định.

Song song hàng ngày- một vòng tròn nhỏ của thiên cầu, mặt phẳng của nó song song với mặt phẳng xích đạo thiên thể. Các chuyển động hàng ngày có thể nhìn thấy được của các ngôi sao sáng xảy ra dọc theo các điểm tương đồng hàng ngày. Các vòng tròn xích vĩ và vĩ tuyến hàng ngày tạo thành một lưới tọa độ trên thiên cầu xác định tọa độ xích đạo của ngôi sao.

Các thuật ngữ sinh ra ở giao điểm của các khái niệm “Đường ống nước” và “Sự quay của thiên cầu”

Đường xích đạo thiên thể cắt đường chân trời toán học tại điểm phía đông Và hướng tây. Điểm phía đông là điểm mà tại đó các điểm của thiên cầu quay nổi lên từ đường chân trời. Hình bán nguyệt đường cao đi qua điểm phía Đông gọi là theo chiều dọc đầu tiên.

kinh tuyến thiên thể- một vòng tròn lớn của thiên cầu, mặt phẳng của nó đi qua đường dây dọi và trục của thế giới. Kinh tuyến thiên thể chia bề mặt thiên cầu thành hai bán cầu: bán cầu đông Và Tây bán cầu.

Tuyến trưa- đường giao nhau của mặt phẳng kinh tuyến trời và mặt phẳng đường chân trời toán học. Đường giữa trưa và kinh tuyến trời cắt đường chân trời toán học tại hai điểm: điểm phía Bắc Và điểm phía nam. Điểm phía bắc là điểm gần cực bắc của thế giới hơn.

Sự chuyển động hàng năm của Mặt trời trên thiên cầu và các khái niệm liên quan

Hoàng đạo- một vòng tròn lớn của thiên cầu nơi diễn ra chuyển động rõ ràng hàng năm của Mặt trời. Mặt phẳng hoàng đạo cắt mặt phẳng xích đạo thiên cầu một góc ε = 23°26".

Hai điểm mà đường hoàng đạo cắt đường xích đạo trời được gọi là điểm phân. TRONG xuân phân Mặt trời trong chuyển động hàng năm của nó di chuyển từ bán cầu nam của thiên cầu sang phía bắc; V. Thu phân- từ bán cầu bắc đến phía nam. Đường thẳng đi qua hai điểm đó gọi là dòng điểm phân. Hai điểm của hoàng đạo, cách nhau 90° so với điểm phân và do đó xa nhất so với xích đạo thiên cầu, được gọi là điểm chí. điểm hạ chí nằm ở bán cầu bắc, điểm đông chí- ở bán cầu nam. Bốn điểm này được biểu thị bằng các biểu tượng cung hoàng đạo tương ứng với

Các yếu tố cơ bản của thiên cầu

Bầu trời xuất hiện đối với người quan sát như một mái vòm hình cầu bao quanh anh ta ở mọi phía. Về vấn đề này, ngay cả trong thời cổ đại, khái niệm thiên cầu (vòm trời) đã nảy sinh và các yếu tố chính của nó đã được xác định.

thiên cầuđược gọi là một quả cầu tưởng tượng có bán kính tùy ý, trên bề mặt bên trong của nó, theo người quan sát, dường như có các thiên thể. Đối với người quan sát, dường như anh ta luôn ở trung tâm của thiên cầu (tức là trong Hình 1.1).

Cơm. 1.1. Các yếu tố cơ bản của thiên cầu

Hãy để người quan sát cầm một dây dọi trong tay - một vật nặng nhỏ đặt trên một sợi dây. Hướng của chủ đề này được gọi là dây dọi. Chúng ta hãy vẽ một đường thẳng đi qua tâm của thiên cầu. Nó sẽ cắt hình cầu này tại hai điểm đối xứng đường kính gọi là thiên đỉnh Và điểm thấp nhất. Thiên đỉnh nằm chính xác phía trên đầu người quan sát và điểm thấp nhất bị bề mặt trái đất che khuất.

Chúng ta hãy vẽ một mặt phẳng đi qua tâm của thiên cầu vuông góc với đường dây dọi. Nó sẽ đi qua quả cầu theo một vòng tròn lớn gọi là toán học hoặc chân trời đích thực. (Nhắc lại rằng đường tròn tạo bởi một phần của hình cầu bởi một mặt phẳng đi qua tâm được gọi là to lớn; nếu mặt phẳng cắt hình cầu mà không đi qua tâm của nó thì mặt cắt sẽ tạo thành vòng tròn nhỏ). Đường chân trời toán học song song với đường chân trời biểu kiến ​​của người quan sát, nhưng không trùng với nó.

Qua tâm thiên cầu ta vẽ một trục song song với trục quay của Trái đất và gọi đó là trục trục thế giới(bằng tiếng Latin - Axis Mundi). Trục của thế giới giao nhau với thiên cầu tại hai điểm đối xứng gọi là cực của thế giới. Có hai cực của thế giới - Phương bắc Và phía Nam. Cực thiên bắc được coi là cực mà liên quan đến chuyển động quay hàng ngày của thiên cầu, phát sinh do sự quay của Trái đất quanh trục của nó, xảy ra ngược chiều kim đồng hồ khi nhìn bầu trời từ bên trong thiên cầu (như chúng ta nhìn vào nó). Gần cực Bắc của thế giới là Sao Bắc Đẩu - Tiểu Ursa - ngôi sao sáng nhất trong chòm sao này.

Trái ngược với niềm tin phổ biến, Polaris không phải là ngôi sao sáng nhất trên bầu trời đầy sao. Nó có cường độ thứ hai và không phải là một trong những ngôi sao sáng nhất. Một người quan sát thiếu kinh nghiệm khó có thể nhanh chóng tìm thấy nó trên bầu trời. Không dễ để tìm kiếm Polaris theo hình dạng đặc trưng của nhóm Ursa Minor - những ngôi sao khác của chòm sao này thậm chí còn mờ hơn Polaris và không thể là điểm tham chiếu đáng tin cậy. Cách dễ dàng nhất để người mới quan sát tìm thấy Sao Bắc Đẩu trên bầu trời là điều hướng bằng các ngôi sao của chòm sao sáng gần đó Ursa Major (Hình 1.2). Nếu bạn kết nối hai ngôi sao ngoài cùng của nhóm Ursa Major một cách tinh thần và tiếp tục đường thẳng cho đến khi nó giao với ngôi sao đầu tiên ít nhiều đáng chú ý, thì đây sẽ là Sao Bắc Đẩu. Khoảng cách trên bầu trời từ ngôi sao Ursa Major đến Polaris lớn hơn khoảng năm lần khoảng cách giữa các ngôi sao và Ursa Major.

Cơm. 1.2. Chòm sao vòng cực Ursa Major
và Tiểu Ursa

Cực thiên nam được đánh dấu trên bầu trời bởi ngôi sao Sigma Octanta khó nhìn thấy.

Điểm trên đường chân trời toán học gần cực thiên bắc nhất được gọi là điểm phía Bắc. Điểm xa nhất của đường chân trời thực sự tính từ cực bắc của thế giới là điểm phía nam. Nó cũng nằm gần cực nam nhất của thế giới. Một đường thẳng trong mặt phẳng của chân trời toán học đi qua tâm thiên cầu và các điểm phía bắc và phía nam được gọi là hàng buổi trưa.

Chúng ta hãy vẽ một mặt phẳng đi qua tâm của thiên cầu vuông góc với trục của thế giới. Nó sẽ đi qua quả cầu theo một vòng tròn lớn gọi là Đường xích đạo. Đường xích đạo thiên thể cắt đường chân trời thực ở hai điểm đối xứng nhau phía đông Và hướng Tây. Đường xích đạo thiên thể chia thiên cầu thành hai nửa - Bắc bán cầu với đỉnh của nó ở thiên cực bắc và Nam bán cầu với đỉnh của nó ở thiên cực nam. Mặt phẳng xích đạo của trái đất song song với mặt phẳng xích đạo của trái đất.

Các điểm phía bắc, phía nam, phía tây và phía đông được gọi là hai bên chân trời.

Vòng tròn lớn của thiên cầu đi qua các thiên cực và thiên đỉnh và thiên đỉnh Na, gọi điện kinh tuyến thiên đường. Mặt phẳng kinh tuyến thiên trùng với mặt phẳng kinh tuyến trái đất của người quan sát và vuông góc với các mặt phẳng của đường chân trời toán học và đường xích đạo thiên thể. Kinh tuyến thiên thể chia thiên cầu thành hai bán cầu - phương Đông, có đỉnh ở điểm phía đông , Và miền Tây, với đỉnh ở điểm phía tây . Kinh tuyến thiên thể giao nhau với đường chân trời toán học tại các điểm phía bắc và phía nam. Đây là cơ sở cho phương pháp định hướng của các ngôi sao trên bề mặt trái đất. Nếu bạn kết nối điểm thiên đỉnh nằm phía trên đầu người quan sát với Sao Bắc Đẩu và tiếp tục đường này xa hơn, thì điểm giao nhau của nó với đường chân trời sẽ là điểm phía bắc. Kinh tuyến thiên thể đi qua đường chân trời toán học dọc theo đường trưa.

Một vòng tròn nhỏ song song với đường chân trời thật được gọi là giàu có(bằng tiếng Ả Rập - một vòng tròn có chiều cao bằng nhau). Bạn có thể biểu diễn bao nhiêu almucantarats tùy thích trên thiên cầu.

Những vòng tròn nhỏ song song với xích đạo thiên cầu được gọi là sự tương đồng của thiên thể, chúng cũng có thể được thực hiện vô số. Sự chuyển động hàng ngày của các ngôi sao xảy ra dọc theo các thiên tuyến.

Các vòng tròn lớn của thiên cầu đi qua thiên đỉnh và điểm thấp nhất được gọi là vòng tròn chiều cao hoặc vòng tròn dọc (dọc). Đường tròn thẳng đứng đi qua các điểm phía đông và phía tây W, gọi điện theo chiều dọc đầu tiên. Các mặt phẳng thẳng đứng vuông góc với đường chân trời toán học và đường chân trời toán học.

Nội dung của bài viết

Quả cầu thiên thể. Khi chúng ta quan sát bầu trời, tất cả các vật thể thiên văn dường như đều nằm trên một bề mặt hình mái vòm, ở trung tâm nơi người quan sát nằm. Mái vòm tưởng tượng này tạo thành nửa trên của một quả cầu tưởng tượng được gọi là "thiên cầu". Nó đóng vai trò cơ bản trong việc chỉ ra vị trí của các vật thể thiên văn.

Mặc dù Mặt trăng, các hành tinh, Mặt trời và các ngôi sao nằm ở những khoảng cách khác nhau với chúng ta, nhưng ngay cả những điểm gần nhất cũng ở rất xa đến mức chúng ta không thể ước tính khoảng cách của chúng bằng mắt. Hướng tới một ngôi sao không thay đổi khi chúng ta di chuyển trên bề mặt Trái đất. (Đúng, nó thay đổi một chút khi Trái đất di chuyển dọc theo quỹ đạo của nó, nhưng sự thay đổi thị sai này chỉ có thể được nhận thấy khi có sự trợ giúp của các thiết bị chính xác nhất.)

Đối với chúng ta, có vẻ như thiên cầu đang quay vì các ngôi sao sáng mọc lên ở phía đông và lặn ở phía tây. Nguyên nhân là do Trái đất tự quay từ tây sang đông. Chuyển động quay biểu kiến ​​của thiên cầu xảy ra xung quanh một trục tưởng tượng tiếp nối trục quay của Trái đất. Trục này giao nhau với thiên cầu tại hai điểm được gọi là “cực thiên thể” phía bắc và phía nam. Cực Bắc thiên thể nằm cách Sao Bắc Đẩu khoảng một độ và không có ngôi sao sáng nào gần cực Nam.

Trục quay của Trái đất nghiêng khoảng 23,5° so với phương vuông góc với mặt phẳng quỹ đạo Trái đất (với mặt phẳng hoàng đạo). Giao điểm của mặt phẳng này với thiên cầu tạo thành một vòng tròn - đường hoàng đạo, đường đi biểu kiến ​​của Mặt trời trong một năm. Hướng của trục Trái đất trong không gian hầu như không thay đổi. Vì vậy, hàng năm vào tháng 6, khi đầu phía bắc của trục nghiêng về phía Mặt trời, nó bay lên cao trên bầu trời ở Bắc bán cầu, nơi ngày trở nên dài và đêm ngắn. Sau khi di chuyển sang phía đối diện của quỹ đạo vào tháng 12, Trái đất bị Nam bán cầu quay về phía Mặt trời, và ở phía bắc của chúng ta ngày trở nên ngắn và đêm dài.

Tuy nhiên, dưới tác dụng của lực hấp dẫn mặt trời và mặt trăng, hướng của trục trái đất dần thay đổi. Chuyển động chính của trục do ảnh hưởng của Mặt trời và Mặt trăng lên phần phình xích đạo của Trái đất được gọi là tuế sai. Kết quả của tuế sai, trục Trái đất quay chậm xung quanh vuông góc với mặt phẳng quỹ đạo, tạo thành một hình nón có bán kính 23,5° trong hơn 26 nghìn năm. Vì lý do này, sau một vài thế kỷ, cực sẽ không còn ở gần Sao Bắc Đẩu nữa. Ngoài ra, trục Trái đất còn trải qua các dao động nhỏ gọi là chương động, liên quan đến tính elip của quỹ đạo Trái đất và Mặt trăng, cũng như thực tế là mặt phẳng quỹ đạo của Mặt trăng hơi nghiêng so với mặt phẳng quỹ đạo của Trái đất. quỹ đạo.

Như chúng ta đã biết, hình dáng của thiên cầu thay đổi vào ban đêm do Trái đất quay quanh trục của nó. Nhưng ngay cả khi bạn quan sát bầu trời vào cùng một thời điểm trong năm, diện mạo của nó sẽ thay đổi do Trái đất quay quanh Mặt trời. Để có một quỹ đạo 360° hoàn chỉnh, Trái đất cần khoảng. 365 1/4 ngày – xấp xỉ một độ mỗi ngày. Nhân tiện, một ngày, hay chính xác hơn là ngày mặt trời, là thời gian Trái đất quay một vòng quanh trục của nó so với Mặt trời. Nó bao gồm thời gian để Trái đất quay so với các ngôi sao ("ngày thiên văn"), cộng với một khoảng thời gian ngắn—khoảng bốn phút—cần thiết để tự quay bù đắp cho chuyển động quỹ đạo của Trái đất một độ mỗi ngày. Như vậy, trong khoảng một năm 365 1/4 ngày mặt trời và khoảng. 366 1/4 sao.

Khi quan sát từ một điểm nhất định trên Trái đất, các ngôi sao nằm gần các cực luôn ở phía trên đường chân trời hoặc không bao giờ vượt lên trên đường chân trời. Tất cả các ngôi sao khác đều mọc và lặn, và mỗi ngày quá trình mọc và lặn của mỗi ngôi sao diễn ra sớm hơn 4 phút so với ngày hôm trước. Một số ngôi sao và chòm sao mọc lên trên bầu trời vào ban đêm vào mùa đông - chúng tôi gọi chúng là “mùa đông”, trong khi những ngôi sao khác là “mùa hè”.

Như vậy, hình dáng của thiên cầu được xác định bởi ba thời điểm: thời gian trong ngày gắn liền với sự quay của Trái đất; thời gian trong năm gắn liền với sự quay quanh Mặt trời; một kỷ nguyên gắn liền với tuế sai (mặc dù hiệu ứng thứ hai khó có thể nhận thấy “bằng mắt” ngay cả trong 100 năm nữa).

Hệ thống tọa độ.

Có nhiều cách khác nhau để chỉ ra vị trí của các vật thể trên thiên cầu. Mỗi người trong số họ phù hợp cho một loại nhiệm vụ cụ thể.

Hệ thống Alt-phương vị.

Để chỉ ra vị trí của một vật thể trên bầu trời so với các vật thể trên trái đất xung quanh người quan sát, người ta sử dụng hệ tọa độ “góc phương vị” hoặc “ngang”. Nó biểu thị khoảng cách góc của một vật thể phía trên đường chân trời, được gọi là “chiều cao”, cũng như “góc phương vị” của nó - khoảng cách góc dọc theo đường chân trời từ một điểm thông thường đến một điểm nằm ngay bên dưới vật thể. Trong thiên văn học, góc phương vị được đo từ điểm nam sang tây, còn trong trắc địa và điều hướng - từ điểm bắc sang đông. Vì vậy, trước khi sử dụng góc phương vị, bạn cần tìm hiểu xem nó được chỉ định trong hệ thống nào. Điểm trên bầu trời ngay phía trên đầu bạn có độ cao 90° và được gọi là “thiên đỉnh” và điểm đối diện hoàn toàn với nó (dưới chân bạn) được gọi là “điểm thấp nhất”. Đối với nhiều vấn đề, vòng tròn lớn của thiên cầu, được gọi là “kinh tuyến thiên thể”, rất quan trọng; nó đi qua thiên đỉnh, điểm thấp nhất và các cực của thế giới, đồng thời đi qua đường chân trời ở các điểm phía bắc và phía nam.

Hệ xích đạo.

Do sự quay của Trái đất, các ngôi sao liên tục di chuyển so với đường chân trời và các điểm chính, đồng thời tọa độ của chúng trong hệ thống nằm ngang thay đổi. Nhưng đối với một số bài toán thiên văn học, hệ tọa độ phải độc lập với vị trí và thời gian trong ngày của người quan sát. Một hệ thống như vậy được gọi là “xích đạo”; tọa độ của nó giống với vĩ độ và kinh độ địa lý. Trong đó, mặt phẳng xích đạo của trái đất, kéo dài đến giao điểm với thiên cầu, xác định đường tròn chính - “đường xích đạo thiên thể”. "Độ xích vĩ" của một ngôi sao giống như vĩ độ và được đo bằng khoảng cách góc về phía bắc hoặc phía nam của đường xích đạo thiên thể. Nếu ngôi sao được nhìn thấy chính xác ở thiên đỉnh thì vĩ độ của vị trí quan sát bằng xích vĩ của ngôi sao. Kinh độ địa lý tương ứng với “sự thăng thiên bên phải” của ngôi sao. Nó được đo ở phía đông giao điểm của đường hoàng đạo với đường xích đạo thiên thể mà Mặt trời đi qua vào tháng 3, vào ngày bắt đầu mùa xuân ở Bắc bán cầu và mùa thu ở Nam bán cầu. Điểm này rất quan trọng đối với thiên văn học, được gọi là “điểm đầu tiên của Bạch Dương”, hay “điểm xuân phân” và được biểu thị bằng dấu hiệu. Giá trị thăng thiên bên phải thường được tính bằng giờ và phút, coi 24 giờ bằng 360°.

Hệ thống xích đạo được sử dụng khi quan sát bằng kính thiên văn. Kính thiên văn được lắp đặt sao cho có thể quay từ đông sang tây quanh một trục hướng về thiên cực, từ đó bù đắp cho chuyển động quay của Trái đất.

Các hệ thống khác.

Đối với một số mục đích, các hệ tọa độ khác trên thiên cầu cũng được sử dụng. Ví dụ, khi nghiên cứu chuyển động của các vật thể trong hệ mặt trời, họ sử dụng hệ tọa độ có mặt phẳng chính là mặt phẳng quỹ đạo của trái đất. Cấu trúc của Thiên hà được nghiên cứu trong một hệ tọa độ, mặt phẳng chính của nó là mặt phẳng xích đạo của Thiên hà, được biểu thị trên bầu trời bằng một vòng tròn đi dọc theo Dải Ngân hà.

So sánh các hệ tọa độ

Các chi tiết quan trọng nhất của hệ thống ngang và xích đạo được thể hiện trong các hình. Trong bảng, các hệ thống này được so sánh với hệ tọa độ địa lý.

Chuyển đổi từ hệ thống này sang hệ thống khác.

Thông thường cần phải tính tọa độ xích đạo của nó từ tọa độ phương vị của một ngôi sao và ngược lại. Để làm được điều này, cần biết thời điểm quan sát và vị trí của người quan sát trên Trái đất. Về mặt toán học, bài toán được giải bằng cách sử dụng một tam giác cầu có các đỉnh ở thiên đỉnh, thiên cực bắc và ngôi sao X; nó được gọi là "tam giác thiên văn".

Góc với đỉnh ở thiên cực bắc giữa kinh tuyến của người quan sát và hướng tới một điểm nào đó trên thiên cầu được gọi là “góc giờ” của điểm này; nó được đo ở phía tây kinh tuyến. Góc giờ của điểm xuân phân, biểu thị bằng giờ, phút, giây, được gọi là “thời gian thiên văn” (Si. T. - thời gian thiên văn) tại điểm quan sát. Và vì sự thăng thiên bên phải của một ngôi sao cũng là góc cực giữa hướng hướng tới nó và điểm xuân phân, nên thời gian thiên văn bằng với sự thăng thiên bên phải của tất cả các điểm nằm trên kinh tuyến của người quan sát.

Do đó, góc giờ của bất kỳ điểm nào trên thiên cầu đều bằng hiệu giữa thời gian thiên văn và thời gian thăng thiên của nó:

Gọi vĩ độ của người quan sát là j. Nếu cho tọa độ xích đạo của ngôi sao Một Và d, thì tọa độ ngang của nó MỘT Và có thể được tính bằng các công thức sau:

Bạn cũng có thể giải bài toán nghịch đảo: sử dụng các giá trị đo được MỘT Và h, biết thời gian, tính toán Một Và d. Sự suy giảm d tính trực tiếp từ công thức cuối cùng, sau đó tính từ công thức áp chót N, và ngay từ lần đầu tiên, nếu biết thời gian thiên văn, nó được tính Một.

Sự đại diện của thiên cầu.

Trong nhiều thế kỷ, các nhà khoa học đã tìm kiếm những cách tốt nhất để thể hiện thiên cầu để nghiên cứu hoặc trình diễn. Hai loại mô hình đã được đề xuất: hai chiều và ba chiều.

Thiên cầu có thể được mô tả trên mặt phẳng giống như cách Trái đất hình cầu được mô tả trên bản đồ. Trong cả hai trường hợp, cần phải chọn hệ thống chiếu hình học. Nỗ lực đầu tiên nhằm thể hiện các phần của thiên cầu trên máy bay là những bức tranh đá về cấu hình các ngôi sao trong hang động của người cổ đại. Ngày nay, có nhiều bản đồ sao khác nhau, được xuất bản dưới dạng bản đồ sao vẽ tay hoặc ảnh chụp bao phủ toàn bộ bầu trời.

Các nhà thiên văn học Trung Quốc và Hy Lạp cổ đại đã khái niệm hóa thiên cầu theo một mô hình được gọi là “hỗn thiên cầu”. Nó bao gồm các vòng tròn hoặc vòng kim loại được kết nối với nhau để hiển thị các vòng tròn quan trọng nhất của thiên cầu. Ngày nay, các quả cầu sao thường được sử dụng để đánh dấu vị trí của các ngôi sao và các vòng tròn chính của thiên cầu. Hỗn dịch cầu và quả cầu có một nhược điểm chung: vị trí của các ngôi sao và dấu hiệu của các vòng tròn được đánh dấu ở mặt ngoài, mặt lồi của chúng, mà chúng ta nhìn từ bên ngoài, trong khi chúng ta nhìn bầu trời “từ bên trong” và Đối với chúng ta, các ngôi sao dường như được đặt ở phía lõm của thiên cầu. Điều này đôi khi dẫn đến sự nhầm lẫn về hướng chuyển động của các ngôi sao và hình ảnh chòm sao.

Hình ảnh thực tế nhất của thiên cầu được cung cấp bởi một cung thiên văn. Phép chiếu quang học của các ngôi sao lên màn hình bán cầu từ bên trong cho phép bạn tái tạo rất chính xác hình dáng của bầu trời và tất cả các loại chuyển động của các ngôi sao trên đó.