Основные сведения из теории
Небесной сферой называется воображаемая сфера произвольного радиуса, в центре которой находится точка наблюдения. На эту сферу проектируем положения всех небесных тел. Расстояния на небесной сфере можно измерять только в угловых единицах (например, в градусах). Для этого на ее поверхности наносятся основные линии и точки, по отношению к которым производятся измерения.
Наблюдаемое суточное вращение небесной сферы (оно происходит с востока на запад) — кажущееся явление, отражающее действительное вращение земного шара вокруг своей оси (с запада на восток). Ось видимого вращения небесной сферы называется осью мира. Она проходит через центр сферы и пересекает ее в точках P (северный полюс мира) и P′ (южный полюс мира) (рис.1.1). Вблизи северного полюса мира в настоящее время находится α Малой Медведицы — Полярная звезда. Ось мира параллельна земной оси. Плоскость, перпендикулярная оси мира, проходящая через центр сферы, пересекается с ней по большому кругу (QWQ′Е) — небесному экватору. Плоскость небесного экватора параллельна плоскости земного экватора.
Рис. 1.1. Основные линии и точки небесной сферы
Отвесная (вертикальная) линия ZZ′ проходит через центр небесной сферы, пересекает ее в точках зенита (Z), и надира (Z′). Отвесная линия направлена вдоль вектора силы тяжести. Зенит находится над головой наблюдателя. Плоскость, проходящая через центр сферы и проведенная перпендикулярно отвесной линии, — математический или истинный горизонт.
Плоскость, содержащая через отвесную линию и ось мира, называется плоскостью небесного меридиана, которая в сечении с небесной сферой дает линию — небесный меридиан PZSP′Z′Q′N. Пересечение горизонта с меридианом происходит в точках юга (S) и севера (N), а плоскости этих кругов пересекаются по полуденной линии (NS). Отвесная линия перпендикулярна полуденной линии. Небесный экватор пересекается с истинным горизонтом в точках востока (Е) и запада (W). Вертикальная плоскость, перпендикулярная к плоскости меридиана и горизонта, называется плоскостью первого вертикала и пересекается с горизонтом в точках Е и W. Большой полукруг небесной сферы, проходящий через зенит, надир и точку, в которой в данный момент находиться светило, называется вертикалом или кругом высоты. Большой круг небесной сферы, проходящий через полюсы мира и наблюдаемое светило, называется кругом склонения.
Угол наклона оси мира к горизонту равен географической широте (φ) места наблюдения (т.е. высота полюса мира hp над горизонтом равна географической широте φ места наблюдения, hp=φ).
Небесный меридиан делит сферу на два полушария (восточное и западное). Математический горизонт SWNE делит поверхность небесной сферы на две:
- видимую для наблюдателя, с вершиной в зените Z;
- невидимую, с вершиной в надире Z′.
Небесный экватор делит небо на северное полушарие и южное.
Большой круг небесной сферы, по которому в течении года перемещается центр Солнца называется эклиптикой (рис.1.2). Эклиптика проходит через тринадцать созвездий, расположенных в пределах пояса шириной примерно 16o. Эклиптика пересекается с экватором под углом ε≈S23o,5 в точках весеннего и осеннего равноденствия. Точка весеннего равноденствия обозначается γ и находится в созвездии Рыб, точка осеннего равноденствия обозначается и находится в созвездии Девы.
Рис. 1.2. Экватор и эклиптика
При вращении небесной сферы положение эклиптики относительно горизонта меняется, в противоположность всем остальным перечисленным линиям небесной сферы. Положение светил на небесной сфере определяются двумя сферическими координатами. Наиболее часто используются три системы координат: горизонтальная, экваториальная.
Горизонтальная система координат
Положение светила σ относительно горизонта и небесного меридиана определяется двумя координатами: высотой (h) и азимутом (А), которые называются горизонтальными.
Высота светила — это дуга вертикального круга от горизонта до светила, или центральный угол МОσ между плоскостью горизонта и направлением на светило.
Астрономический азимут светила определяет положение вертикального круга от точки юга S (по часовой стрелке) вдоль горизонта до его пересечения с кругом высоты, проходящим через светило. Вместо высоты h часто употребляют зенитное расстояние z, равное 90°— h, т.е. угловое расстояние светила от зенита. Зенитное расстояние или высота и А зависят от широты места и от момента наблюдения. Они измеряются в пределах:
-90° ≤ h ≤ +90°, 0° ≤ Z ≤ 180°, 0° ≤ A ≤ 360°.
Рис.1.3. Горизонтальная система координат Рис. 1.4. Экваториальная система координат