Какие особенности суточного движения светил позволяют. Явления, связанные с суточным движением светил

Из-за осевого вращения Земли звезды нам кажутся перемещающимися по небу. При внимательном наблюдении можно заметить» что Полярная звезда почти не меняет положения относительно горизонта.

Все же другие звезды описывают в течение суток полные круги с центром вблизи Полярной. В этом можно легко убедиться, проделав следующий опыт. Фотоаппарат, установленный на «бесконечность», направим на Полярную звезду и надежно укрепим в этом положении. Откроем затвор при полностью открытом объективе на полчаса или час. Проявив сфотографированный таким образом снимок, увидим на нем концентрические дуги - следы путей звезд. Общий центр этих дуг - точка, которая остается неподвижной при суточном движении звезд, условно называется северным полюсом мира. Полярная звезда к нему очень близка. Диаметрально противоположная ему точка называется южным полюсом мира. В северном полушарии он находится под горизонтом.

Явления суточного движения звезд удобно изучать, воспользовавшись математическим построением - небесной сферой, т.е. воображаемой сферой произвольного радиуса, центр которой находится в точке наблюдения. На поверхность этой сферы проецируют видимые положения всех светил, а для удобства измерений строят ряд точек и линий. Так, отвесная линия ZCZґ проходящая через наблюдателя, пересекает небо над головой в точке зенита Z. Диаметрально противоположная точка Zґ называется надиром. Плоскость (NESW), перпендикулярная отвесной линии ZZґ является плоскостью горизонта - эта плоскость касается поверхности земного шара в точке, где расположен наблюдатель. Она делит поверхность небесной сферы на две полусферы: видимую, все точки которой находятся над горизонтом, и невидимую, точки которой лежат под горизонтом.

Ось видимого вращения небесной сферы, соединяющую оба полюса мира (Р и Р") и проходящую через наблюдателя (С), называют осью мира. Ось мира для любого наблюдателя всегда будет параллельна оси вращения Земли. На горизонте под северным полюсом мира лежит точка севера N, диаметрально противоположная ей точка S - точка юга. Линия NS называется полуденной линией, так как по ней на горизонтальной плоскости в полдень падает тень от вертикально поставленного стержня. (Как на местности провести полуденную линию и как по ней и по Полярной звезде ориентироваться по сторонам горизонта, вы изучали в V классе в курсе физической географии.) Точки востока Е запада W лежат на линии горизонта. Они отстоят от точек севера N и юга S на 90°. Через точку N, полюсы мира, зенит Z и точку S проходит плоскость небесного меридиана, совпадающая для наблюдателя С с плоскостью его географического меридиана. Наконец, плоскость (AWQE), проходящая через наблюдателя (точку С) перпендикулярно оси мира, образует плоскость небесного экватора, параллельную плоскости земного экватора. Небесный экватор делит поверхность небесной сферы на два полушария: северное с вершиной в северном полюсе мира и южное с вершиной в южном полюсе мира.

Суточное движение светил на различных широтах

Теперь мы знаем, что с изменением географической широты места наблюдения меняется ориентация оси вращения небесной сферы относительно горизонта. Рассмотрим, какими будут видимые движения небесных светил в районе Северного полюса, на экваторе и на средних широтах Земли.

На полюсе Земли полюс мира находится в зените, и звезды движутся по кругам, параллельным горизонту. Здесь звезды не заходят и не восходят, их высота над горизонтом неизменная.

На средних широтах существуют как восходящие и заходящие звезды, так и те, которые никогда не опускаются под горизонт (рис. 13, б). Например, околополярные созвездия на географических широтах СССР никогда не заходят. Созвездия, расположенные дальше от северного полюса мира, посуточные пути светил отказываются ненадолго над горизонтом. А созвездия, лежащие еще дальше к югу, являются не восходящим.

Но чем дальше продвигается наблюдатель к югу, тем больше южных созвездий он может видеть. На земном экваторе за сутки можно было бы увидеть созвездия всего звездного неба, если бы не мешало Солнце днем. Для наблюдателя на экваторе все звезды восходят и заходят перпендикулярно плоскости горизонта. Каждая звезда здесь проводит над горизонтом ровно половину своего пути. Для наблюдателя на экваторе Земли северный полюс мира совпадает с точкой севера, а южный полюс мира - с точкой юга. Ось мира для него расположена в плоскости горизонта.

Кульминации

Полюс мира при кажущемся вращении неба, отражающем вращение Земли вокруг оси, занимает неизменное положение над горизонтом на данной широте. Звезды за сутки описывают над горизонтом вокруг оси мира круги, параллельные экватору. При этом каждое светило за сутки дважды пересекает небесный меридиан.

Явления прохождения светил через небесный меридиан называются кульминациями. В верхней кульминации высота светила максимальна, в нижней кульминации - минимальна. Промежуток времени между кульминациями равен полсуткам.

У не заходящего на данной широте светила М видны (над горизонтом) обе кульминации, у звезд, которые восходят и заходят, М 1 и М 2 нижняя кульминация происходит под горизонтом, ниже точки севера. У светила М 3 , находящегося далеко к югу от небесного экватора, обе кульминации могут быть невидимы. Момент верхней кульминации центра Солнца называется истинным полднем, а момент нижней кульминации - истинной полночью. В истинный полдень тень от вертикального стержня падает вдоль полуденной линии.

Известно, что небесная сфера со всеми находящимися на ней светилами вращается вокруг оси мира.

Это движение называется видимым суточным движением сферы. Направлено суточное движение

по часовой стрелке, если смотреть на на сферу со стороны северного полюса P N . Вследствие суточного

движения все светила, вращаясь с вместе со сферой, двигаются параллельно небесному экватору, т.е.

по небесным параллелям , всегда пересекают в этом движении меридиан наблюдателя, некоторые

пересекают I-ый вертикал и горизонт.
Пересечение светилом в своем суточном движении полуденной части меридиана наблюдателя называется

верхней кульминацией , а пересечение светилом полуночной части называется нижней кульминацией.

Из нижнего рисунка видно, что для постоянной широты и светила с постоянным склонением в момент

верхней кульминации светило имеет максимальную высоту, а в момент нижней кульминации – минимальную

высоту. Пересечение светилом в своем суточном движении плоскости истинного горизонта называется точками

восхода и захода .

Суточное движение светил в разных широтах.

Положение суточных параллелей зависит от широты. Для средних

широт мы только что рассмотрели законы суточного движения.

Если = 0°, то ось мира лежит в плоскостиистинного горизонта и параллелиперепендекулярны горизонту и делятся им попалам.Все светила всходят и заходят, т.к. < 90°, но ни одно не пересекает первый вертикал, только светило со склонением = 0° движется по первому вертикалу, который совпадает с экватором.

На южном полюсе (для данного примера)в = 90°S повышенный полюс совпадаетс зенитом, горизонт с экватором,параллели с альмукантаратами. Все светила движутся параллельно горизонту, поэтому высота светила h не изменяется и всегда равна склонению. Светила с N невидимы, остальные не заходят. Для наблюдателя на полюсе характерно отсутствие меридиана, первого вертикала и точек N, E, S, W горизонта. Все направления для P S будет на N, а для P N – на S.

Скачать одним файлом (word) с иллюстрациями.

Все файлы доступны только для зарегистрированных пользователей.Регистрация занимает не более пары минут.

obwie_polojenia.doc (118,0 KiB, 39 hits)
У Вас нет доступа для скачивания этого файла.

Практически не меняется, то су-точное движение звёзд также не меняется. Звезды восходят и за-ходят всегда в одном и том же месте горизонта. В течение су-ток звезда движется всегда по одной и той же суточной парал-лели, восходя, кульминируя и заходя в одной и той же точке горизонта. То, что эти явления в разные дни года происходят в разное время суток, к суточно-му движению звезды не имеет отношения.

Суточное движение Солнца

На рисунке 24 показаны суточные параллели Солнца в разные дни года: 12 марта и 23 сентября, 22 июня и 22 де-кабря. Рисунок сделан для экватора (рис. 24, а), для средних широт северного полушария (рис. 24, б) и северного полюса (рис. 24, в). На экваторе плоскость горизонта делит все суточ-ные параллели пополам, поэтому на экваторе всегда день и ночь имеют равную продолжительность. На средних широтах 22 июня большая часть суточной параллели находится выше горизонта, т. е. день длиннее ночи; 22 декабря обратная кар-тина: ночь длиннее дня. На полюсе все суточные параллели параллельны плоскости горизонта. Там день и ночь равны, продолжаясь по полгода. Строго говоря, день несколько длин-нее, поскольку из-за преломления света в атмосфере диск Солн-ца кажется приподнятым над горизонтом.

Картинки (фото, рисунки)

На этой странице материал по темам:

Из-за вращения Земли все светила и воображаемые точки на небесной сфере делают в течение суток один полный оборот вокруг оси мира. Каждое светило перемещается по своей суточной параллели, удалённой от небесного экватора на величину склонения. Вращение происходит с востока на запад или, если смотреть на небесную сферу снаружи со стороны северного полюса мира, по часовой стрелке.

На рис. 1.6 показана суточная параллель произвольно выбранного светила (σ) . Рассмотрим прохождение этим светилом через основные круги в течение суток. В точке а светило переходит из подгоризонтной части сферы в надгоризонтную. Пересечение светилом истинного горизонта называется истинным восходом или заходом. Таким образом, в точке (а) светило восходит , а в точке (е) заходит. В точке (в) светило пересекает восточную часть первого вертикала, а в точке (d ) – западную.

В точке (с) светило пересекает полуденную часть меридиана наблюда теля . Пересечение светилом меридиана наблюдателя называется кульминацией светила. В течение суток наблюдается две кульминации: верхняя в точке с и нижняя в точке (f ) , когда светило пересекает полуночную часть меридиана наблюдателя.

Проследим четверти горизонта, по которым проходит светило в течение суток. Светило взошло на северо-востоке, затем пересекает восточную часть первого вертикала и попадает в юго-восточную часть небесной сферы, затем кульминирует и попадает в юго-западную часть, потом пересекает западную часть первого вертикала и попадает в последнюю, северо-западную часть сферы, где и заходит. После нижней кульминации светило попадает опять в северо-восточную часть сферы и всё повторяется.

Таким образом, у светила на рис. 1.6 происходит такая смена наименований четвертей азимута: NE , SE , SW , NW .

Но не у всех светил происходит такая смена наименований азимута. У рассмотренного светила

склонение было одноимённо с широтой. Если бы склонение было южным, светило восходило бы на юго-востоке и после кульминации заходило бы на юго-западе . Мало того, светила могут быть так расположены на небесной сфере, что их суточные параллели вообще не будут пересекать истинный горизонт, т.е. могут быть невосходящие и незаходящие светила .

Рассмотрим рис. 1.7. На нем небесная сфера спроектирована на плоскость меридиана наблюдателя. Небесный экватор показан прямой QQ ,\ первый вертикал совпадает с отвесной линией, а точки востока и запада совпадают с центром сферы и на чертеже не обозначены. Суточные парал­лели показаны прямыми, параллельными линии небесного экватора QQ ‘.

Светила 1 и 2 незаходящие, светило 5 невосходящее. Светила 3 и 4 восходят и заходят, но у светила 3 склонение одноимённо с широтой и оно большую часть суток находится над горизонтом, а у светила 4 склонение разноимённо с широтой и оно большую часть суток находится под горизонтом.

На рис. 1.7 видно, что, если бы склонение светила 3 равнялось бы дуге NQ ‘, равной 90°- φ , то его суточная параллель касалась бы истинного горизонта в точке N. Таким образом, условием для того, чтобы светило восходило и заходило , является требование 8< 90°- φ . Отсюда следует, что для незаходящих светил 8 > 90°- φ , причём φ и 8 одноимённы .

Для невосходящих светил 8 > 90°- φ , причём φ и 8 разноимённы.

- 8 = φ и одноимённы, светило проходит через зенит;

- 8 = φ и разноимённы, светило проходит через надир;

- 8 < φ и одноимённы, светило пересекает первый вертикал над горизонтом;

- 8 < φ и разноимённы, светило пересекает первый вертикал под горизонтом;

- 8 > φ светило не пересекает первый вертикал.

Если светило не пересекает первый вертикал, то оно находится всего в двух четвертях горизонта, как, например, светило 1. После кульминации такое светило достигает максимального азимута и затем снова подходит к меридиану наблюдателя, к другой кульминации. Положение светила, когда оно максимально удалено по азимуту от меридиана наблюдателя, называется элонгацией. В течение суток светило проходит две элонгации -восточную и западную.

Во время верхней кульминации светила 3 (рис. 1.7) его высота равна дуге Sk . Высота светила в меридиане наблюдателя называется меридиональной высотой и обозначается «Н». На рис. 1.7 видно, что дуга Sk складывается из дуги SQ , которая равна 90°- φ и дуги Qk , которая равна склонению светила.

Таким образом, Н = 90° ~ φ + 8, откуда получим, учитывая, что 90°-H= z,:

φ = z +8 (1.3)

По формуле (1.3) определяется широта по меридиональной высоте Солнца, что будет подробно описано в разделе 3.6.

Рассмотрим теперь характер изменения координат светила из-за суточного вращения небесной сферы.

На рис. 1.6 видно, что склонение в течение суток остается постоянным . Поскольку точка Овна участвует в суточном вращении небесной сферы, то и прямое восхождение остается постоянным .

Часовой угол светила изменяется из-за перемещения меридиана светила, вызванного вращением небесной сферы. Поэтому часовой угол светила изменяется строго пропорционально времени .

Чтобы выяснить характер изменения высоты и азимута , надо продифференцировать формулы

(1.1) и(1.2) по t . После выполнения всех необходимых преобразований, получим:

Δ h = -cos φ sinA Δ t (1.4)

Δ A=- ( sin φ -cos φ tgh cosA) Δ t (1.5)

Эти формулы дают возможность, задавая экстремальные значения аргументам тригонометрических функций (0° или 90°), находить изменения высоты и азимута.

Анализ формулы (1.4) показывает, что минимально (Δ h = 0) изме нение высоты происходит на меридиане наблюдателя, во время кульминации и для наблюдателя на полюсе.

На рис. 1.8 видно, что в этом случае суточные параллели располагаются параллельно горизонту и высоты равны склонениям светил.

На рис. 1.8 показано расположение суточных параллелей светил для наблюдателя на полюсе, а на рис. 1.9- для наблюдателя на экваторе.

Максимальное изменение высоты имеют светила на первом вертикале, особенно в малых широтах. как это видно на рис.1. 9

Аналогичный анализ формулы (1.5) показывает, что максимально азимут изменяется вблизи меридиана наблюдателя и минимально – около первого вертикала.

Для наблюдателя на полюсе Δ A = Δ t , т.е. азимут изменяется равномерно, пропорционально времени Для наблюдателя в малых широтах, осо бенно при больших высотах светил, азимут изменяется крайне неравномерно, когда за несколько минут он может измениться на несколько десятков градусов. Этим обстоятельством пользуются при определении места судна по Солнцу в тропиках.

На рис. 1.9 видно, что у светила 2 азимут после восхода долгое время остается около 90°. Потом около кульминации он резко меняется и до захода остается около 270°.

Анализ рис. 1.8 показывает, что на полюсе половина звезд незаходящие, половина – невосходящие. Альмукантарата совпадают с параллелями и h = 8

Для наблюдателя на экваторе (рис. 1.9) все звезды восходящие и заходящие. Ни одно светило не пересекает первый вертикал, т.е. каждое светило бывает только в двух четвертях горизонта. Суточные параллели расположены перпендикулярно к горизонту и светила, в том числе и Солнце, его быстро проходят. Это означает, что сумерки в тропиках очень непродолжительны и определение места судна по звездам (а оно возможно только в сумерки, когда видны и звезды, и горизонт), должно быть хорошо организовано и проведено быстро.

Видимое (кажущееся) вращение небесной сферы с востока на запад происходит из-за суточного вращения Земли с запада на восток. При рассмотрении видимого суточного движения светил, а также явлений, сопровождающих его, пользуются вспомогательной небесной сферой. Условно полагают Землю неподвижной. Вместо вращения Земли рассматривают кажущееся вращение небесной сферы. Если мы приняли Землю неподвижной, то для данного наблюдателя останутся неподвижными все основные линии и плоскости, которые с ним связаны. Такими линиями и плоскостями будут: отвесная линия, ось мира, плоскости горизонта, меридиана наблюдателя и первого вертикала.
Небесная сфера со всеми на ней светилами будет вращаться в сторону, противоположную вращению Земли. Звезды описывают небесные параллели, которые с горизонтом составляют угол, равный дополнению географической широты данного места до 90° т. е. 90°-φ.

Ось мира - воображаемая линия, проходящая через центр мира, вокруг которой происходит вращение небесной сферы. Ось мира пересекается с поверхностью небесной сферы в двух точках - северном полюсе мира и южном полюсе мира . Вращение небесной сферы происходит против часовой стрелки вокруг северного полюса, если смотреть на небесную сферу изнутри.

Небесный экватор - большой круг небесной сферы, плоскость которого перпендикулярна оси мира и проходит через центр небесной сферы. Небесный экватор делит небесную сферу на два полушария: северное и южное .

Круг склонения светила - большой круг небесной сферы, проходящий через полюсы мира и данное светило.

Суточная параллель - малый круг небесной сферы, плоскость которого параллельна плоскости небесного экватора. Видимые суточные движения светил совершаются по суточным параллелям. Круги склонения и суточные параллели образуют на небесной сфере координатную сетку, задающую экваториальные координаты светила.

Годовое движение Солнца

Эклиптика - большой круг небесной сферы, по которому происходит видимое годовое движение Солнца. Плоскость эклиптики пересекается с плоскостью небесного экватора под углом ε = 23°26".

Две точки, в которых эклиптика пересекается с небесным экватором, называются точками равноденствия. В точке весеннего равноденствия Солнце в своём годовом движении переходит из южного полушария небесной сферы в северное; в точке осеннего равноденствия - из северного полушария в южное. Прямая, проходящая через эти две точки, называется линией равноденствий . Две точки эклиптики, отстоящие от точек равноденствия на 90° и тем самым максимально удалённые от небесного экватора, называются точками солнцестояния. Точка летнего солнцестояния находится в северном полушарии, точка зимнего солнцестояния - в южном полушарии. Эти четыре точки обозначаются символами зодиака, соответствующими созвездиям, в которых они находились во времена Гиппарха (в результате предварения равноденствий эти точки сместились и ныне находятся в других созвездиях): весеннего равноденствия - знаком Овна (♈), осеннего равноденствия - знаком Весов (♎), зимнего солнцестояния - знаком Козерога (♑), летнего солнцестояния - знаком Рака (♋).

Ось эклиптики - диаметр небесной сферы, перпендикулярный плоскости эклиптики. Ось эклиптики пересекается с поверхностью небесной сферы в двух точках - северном полюсе эклиптики , лежащем в северном полушарии, и южном полюсе эклиптики , лежащем в южном полушарии. Северный полюс эклиптики имеет экваториальные координаты R.A. = 18h00m, Dec = +66°33", и находится в созвездии Дракона, а южный полюс - R.A. = 6h00m, Dec = −66°33" в созвездии Золотой Рыбы.

Круг эклиптической широты , или просто круг широты - большой полукруг небесной сферы, проходящий через полюсы эклиптики.

Основные измерения времени звёздные времени среднее солнце Время на различных Меридианах

Основы измерения времени

На наблюдениях суточного вращения небесного свода и годичного движения Солнца, т.е. на вращении Земли вокруг оси и на обращении Земли вокруг Солнца, основано измерение времени.

Продолжительность основной единицы времени, называемой сутками, зависит от избранной точки на небе. В астрономии за такие точки принимаются: а) точка весеннего равноденствия; б) центр видимого диска Солнца (истинное Солнце); в) «среднее солнце» - фиктивная точка , положение которой на небе может быть вычислено теоретически для любого момента времени.

Определяемые этими точками три различные единицы времени называются соответственно звездными, истинными солнечными и средними солнечными сутками , а время, ими измеряемое, - звездным, истинным солнечным и средним солнечным временем .

Тропическим годом называется промежуток времени между двумя последовательными прохождениями центра истинного Солнца через точку весеннего равноденствия.

Звездные сутки. Звездное время. Промежуток времени между двумя последовательными одноименными кульминациями точки весеннего равноденствия на одном и том же географическом меридиане называется звездными сутками.

За начало звездных суток на данном меридиане принимается момент верхней кульминации точки весеннего равноденствия.

Угол, на который Земля повернется от момента верхней кульминации точки весеннего равноденствия до какого-нибудь другого момента, равен часовому углу точки весеннего равноденствия в этот момент. Следовательно, звездное время s на данном меридиане в любой момент численно равно часовому углу точки весеннего равноденствия t , выраженному в часовой мере. Звездное время в любой момент равно прямому восхождению какого-либо светила плюс его часовой угол.

В момент верхней кульминации светила его часовой угол t = 0

В момент нижней кульминации светила его часовой угол t = 12h

Среднее солнце

в астрономии введены понятия двух фиктивных точек - среднего эклиптического и среднего экваториального солнца. Среднее эклиптическое солнце равномерно движется по эклиптике со средней скоростью Солнца и совпадает с ним около 3 января и 4 июля. в каждый момент времени прямое восхождение среднего экваториального солнца равно долготе среднего эклиптического солнца. Их же прямые восхождения одинаковы только четыре раза в году, а именно, в моменты прохождения ими точек равноденствий и в моменты прохождения средним эклиптическим солнцем точек солнцестояний. Промежуток времени между двумя последовательными одноименными кульминациями среднего экваториального солнца на одном и том же географическом меридиане называется средними солнечными сутками , или просто средними сутками. Из определения среднего экваториального солнца следует, что продолжительность средних солнечных суток равна среднему значению продолжительности истинных солнечных суток за год.