Видимое движение звезд на различных географических широтах.
Сегодня на уроке:
1. Какова высота полюса мира над горизонтом?
2. Что такое кульминация светила?
3. Точки восхода и захода светил.
4. Как определять географическую широту местности по астрономическим наблюдениям?
Вспомним. Звездные карты представляют собой проекции небесной сферы на плоскость с нанесенными на нее объектами в определенной системе координат.
Для построения звездных карт за основной круг небесной сферы принимают круг небесного экватора QQ’ и небесные координаты, которые называются экваториальными (склонение и прямое восхождение).
Полярная Звезда (альфа Малой Медведицы), располагающаяся вблизи Северного полюса мира, при суточном вращении звездного неба остается практически на обном месте, то есть на одной высоте над горизонтом.
Если наблюдатель начнет перемещаться с Севера на Юг, то есть его географическая координата станет уменьшаться, то Полярная Звезда начнет также опускаться к горизонту. Существует некая зависимость между высотой Полюса мира и географической широтой места наблюдения. Чтобы найти эту зависимость, давайте рассмотрим часть небесной сферы и Земной шар в проекции на плоскость небесного меридиана.
ОР –ось мира, параллельна оси вращения Земли.
OQ – проекции части небесного экватора, параллельная экватору географическому.
OZ – отвесная линия.
Наблюдатель находится в точке О, видит полюс мира на высоте численно равной углу NOP. Угол OO’Q1 соответствует географической широте места наблюдения.
Так как радиус Земли в точке наблюдения O’Q1 перпендикулярен ОS и ось мира ОР перпендикулярен плоскости географического экватора Q1Q2, то углы NOP и OO’Q1 равны, как углы с взаимно перпендикулярными сторонами. Получаем, что угловая высота Полюса мира над горизонтом равна географической широте места наблюдения. Измерив высоту Полюса мира над горизонтом, мы определим географическую широту места, где находимся.
Угол QOZ – склонение зенита, которое равно географической широте места наблюдения и равно высоте Полюса мира над горизонтом.
Суточный путь светила на небесной сфере – окружность, плоскость которой параллельна небесному экватору.
В зависимости от места наблюдения характер суточного движения звезд и планет, соответственно, и вид звездного неба меняется.
Разобраться с движением нам помогут полюсы Земли и экватор.
Полюс – такое место на земном шаре, где ось мира совпадает с отвесной линией, а небесный экватор с горизонтом.
Для наблюдателя, находящемуся на северном полюсе Земли, Полярная звезда будет располагаться в зените (Z). При этом остальные звезды будут двигаться по кругам, параллельным математическому горизонту, который совпадает с небесным экватором. Над горизонтом будут видны все звезды, склонение которых положительно. На южном полюсе, который совпадает с надиром (Z’), будут видны все звезды, склонение которых отрицательно. Высота в течении суток не меняется.
Если мы переместимся в средние широты. Здесь ось мира и небесный экватор наклонены к горизонту. Поэтому и суточные пути звезд также будут наклонены к горизонту. Следовательно, на средних широтах наблюдатель может видеть восходящие и заходящие звезды.
Восход светила – явление пересечения светилом восточной части истинного горизонта. Заход светила - …западной части горизонта.
Часть звезд, располагающихся в северных околополярных созвездиях, никогда не опускаются за горизонт. Такие звезды называются незаходящими.
Звезды, расположенные около южного полюса мира, для наблюдателя на средних широтах будут являться невосходящими.
Если мы переместимся на географический экватор, широта 00. Здесь ось мира РnРs совпадает с полуденной линией NS, то есть располагается в плоскости математического горизонта, и небесный экватор проходит через зенит и надир.
Суточное движение всех без исключения звезд перпендикулярно горизонту. Поэтому, находясь на экваторе, наблюдатель может видеть все звезды, которые в течении суток восходят и заходят.
Условия видимости звезд:
1. Склонение светила меньше 900- ф (ф - это греч. фи), то звезда является восходящей и заходящей.
2. Склонение светила больше или равно разности 900- ф, то звезда находится в Северном полушарии и является незаходящей.
3. Склонение светила больше–(900- ф), то звезда находится в Южном полушарии и является невосходящей.
Задача 1. Определить, какой является звезда дельта Стрельца для наблюдателя, находящегося на широте 55015’.
Решение. Воспользуемся картой звездного неба. Определим склонение данной звезды. Оно составит -300. Так как звезда имеет отрицательное склонение, то мы находим
–(900- ф) = -(900-55015’)=-34045’
Склонение дельта Стрельцов меньше –(900- ф), значит звезда является восходящей и заходящей.
При суточном вращении все звезды два раза пересекают небесный меридиан. Это явление в астрономии называют кульминацией. Явление прохождения светилом небесного меридиана – кульминация. Существует верхняя и нижняя кульминация.
В верхней кульминации светило при суточном движении находится в наивысшей точке над горизонтом, ближайшем к зениту. Нижняя кульминация происходит через половину суток после прохождения верхней кульминации.
Найдем формулу, с помощью которой можно рассчитать высоту светила в моменты его верхней и нижней кульминации.
Воспользуемся небесной сферой и ее основными линиями ZZ', PNPS, NS, QQ’.
Пусть кульминация светила происходит в точке М1 чуть к югу от зенита Z. Высота полюса мира PN равна географической широте места наблюдения. Угол SOM1 – высота светила над горизонтом, он равен сумме двух углов SOQ + QOM1. SOQ-угол наклона небесного экватора к плоскости горизонта (900- ф), QOM1 – склонение звезды.
Задача 2. Известно, что 22 июня склонение Солнца составляет +23026’. Определить моменты верхней и нижней кульминации Солнца в Санкт-Петербурге, если его широта 59057’.
Решение. Определим положение Солнца относительно зенита в верхней кульминации: склонение Солнца меньше географической широты, значит Солнце кульминирует к югу от зенита.
Высота Солнца в момент верхней кульминации по 1 формуле
hb= 900 - 59057’+23026’=53029’.
Высота Солнца в момент нижней кульминации по 3 формуле
hн=23026’+59057’- 900= -6037’
Солнце в день солнцестояния с Санкт-Петербурге опускается под горизонт на 6037’.
Если учесть, что темнота наступает в -60, то в летнее время в этом городе наблюдаются Белые ночи.