Все элементы небесной сферы. Движение светил по небу

Одной из важнейших астрономических задач, без которой невозможно решение всех остальных задач астрономии, является определение положения небесного светила на небесной сфере.

Небесная сфера - это воображаемая сфера произвольного радиуса, описанная из глаза наблюдателя, как из центра. На эту сферу мы проектируем положение всех небесных светил. Расстояния на небесной сфере можно измерять только в угловых единицах, в градусах, минутах, секундах или радианах. Например, угловые диаметры Луны и Солнца равны примерно 0. o 5.

Одним из основных направлений, относительно которого определяется положение наблюдаемого небесного светила, является отвесная линия . Отвесная линия в любом месте земного шара направлена к центру тяжести Земли. Угол между отвесной линией и плоскостью земного экватора называется астрономической широтой .

Плоскость, перпендикулярная отвесной линии, называется горизонтальной плоскостью .

В каждой точке Земли наблюдатель видит половину сферы, плавно вращающейся с востока на запад вместе с будто прикрепленными к ней звездами. Это видимое вращение небесной сферы объясняется равномерным вращением Земли вокруг своей оси с запада на восток.

Отвесная линия пересекает небесную сферу в точке зенита , Z и в точке надира , Z ".

Рис. 2. Небесная сфера

Большой круг небесной сферы, по которому горизонтальная плоскость, проходящая через глаз наблюдателя (точка С на рис.2), пересекается с небесной сферой, называется истинным горизонтом . Напомним, что большим кругом небесной сферы является круг, проходящий через центр небесной сферы. Круги, образованные пересечением небесной сферы с плоскостями, не проходящими через ее центр, называются малыми кругами.

Линия, параллельная земной оси и проходящая через центр небесной сферы, называется осью мира . Она пересекает небесную сферу в северном полюсе мира , P, и в южном полюсе мира P".

Из рис. 1 видно, что ось мира наклонена к плоскости истинного горизонта под углом . Видимое вращение небесной сферы происходит вокруг оси мира с востока на запад, в направлении, противоположном истинному вращению Земли, которая вращается с запада на восток.

Большой круг небесной сферы, плоскость которого перпендикулярна оси мира, называется небесным экватором . Небесный экватор делит небесную сферу на две части: северную и южную. Небесный экватор параллелен экватору Земли.

Плоскость, проходящая через отвесную линию и ось мира, пересекает небесную сферу по линии небесного меридиана . Небесный меридиан пересекается с истинным горизонтом в точках севера, N , и юга, S . А плоскости этих кругов пересекаются по полуденной линии . Небесный меридиан является проекцией на небесную сферу земного меридиана, на котором находится наблюдатель. Поэтому на небесной сфере есть только один меридиан, ведь наблюдатель не может находиться на двух меридианах одновременно!

Небесный экватор пересекается с истинным горизонтом в точках востока, E , и запада, W . Линия EW перпендикулярна полуденной. Точка Q - верхняя точка экватора, а Q" - нижняя точка экватора.

Большие круги, плоскости которых проходят через отвесную линию, называются вертикалами . Вертикал, проходящий через точки W и E, называется первым вертикалом .

Большие круги, плоскости которых проходят через ось мира, называются кругами склонения или часовыми кругами .

Малые круги небесной сферы, плоскости которых параллельны небесному экватору, называются небесными или суточными параллелями. Суточными они называются потому, что по ним происходит суточное движение небесных светил. Экватор также является суточной параллелью.

Малый круг небесной сферы, плоскость которого параллельна плоскости горизонта, называется альмукантаратом .

Вопросы

1 . Есть ли место на Земле, где вращение небесной сферы происходит вокруг отвесной линии?

Задачи

1. Изобразить на чертеже небесную сферу в проекции на плоскость горизонта.

Решение: Как известно, проекцией какой-либо точки А на какую-либо плоскость является точка пересечения плоскости и перпендикуляра, опущенного из точки А к плоскости. Проекцией отрезка, перпендикулярного к плоскости, является точка. Проекцией круга, параллельного плоскости, является такой же круг на плоскости, проекцией круга, перпендикулярного к плоскости, является отрезок, а проекцией круга, наклоненного к плоскости, является эллипс, тем более сплюснутый, чем ближе угол наклона к 90 o . Таким образом, для того, чтобы начертить проекцию небесной сферы на какую-либо плоскость, надо опустить на эту плоскость перпендикуляры из всех точек небесной сферы. Последовательность действий следующая. Прежде всего, необходимо начертить круг, лежащий в плоскости проекции, в данном случае это будет горизонт. Затем нанести все точки и линии, лежащие в плоскости горизонта. В данном случае это будет центр небесной сферы C, и точки юга S, севера N, востока E и запада W, а также полуденная линия NS. Далее опускаем перпендикуляры на плоскость горизонта из остальных точек небесной сферы и получаем, что проекцией зенита Z, надира Z" и отвесной линии ZZ" на плоскость горизонта является точка, совпадающая с центром небесной сферы C (см. рис. 3). Проекцией первого вертикала является отрезок EW, проекция небесного меридиана совпадает с полуденной линией NS. Точки, лежащие на небесном меридиане: полюса P и P", а также верхняя и нижняя точки экватора Q и Q" проецируются поэтому на полуденную линию тоже. Экватор является большим кругом небесной сферы, наклоненным к плоскости горизонта, поэтому его проекция - это эллипс, проходящий через точки востока E, запада W, и проекции точек Q и Q".

2. Изобразить на чертеже небесную сферу в проекции на плоскость небесного меридиана.

Решение: Представлено на рис.4

3. Изобразить на чертеже небесную сферу в проекции на плоскость небесного экватора.

4. Изобразить на чертеже небесную сферу в проекции на плоскость первого вертикала.

§ 48. Небесная сфера. Основные точки, линии и круги на небесной сфере

Небесной сферой называют сферу любого радиуса с центром в произвольной точке пространства. За ее центр, в зависимости от постановки задачи, принимают глаз наблюдателя, центр инструмента, центр Земли и т. д.

Рассмотрим основные точки и круги небесной сферы, за центр О которой принят глаз наблюдателя (рис. 72). Через центр небесной сферы проведем отвесную линию. Точки пересечения отвесной линии со сферой называют зенитом Z и надиром п.

Рис. 72.

Плоскость, проходящую через центр небесной сферы перпендикулярно отвесной линии, называют плоскостью истинного горизонта. Эта плоскость, пересекаясь с небесной сферой, образует окружность большого круга, называемую истинным горизонтом. Последний делит небесную сферу на две части: надгоризонтную и подгоризонтную.

Прямую, проходящую через центр небесной сферы параллельно земной оси, называют ось ю мира. Точки пересечения оси мира с небесной сферой называются полюсами мира. Один из полюсов, соответственно полюсам Земли, называют северным полюсом мира и обозначают Pn, другой - южным полюсом мира Ps.

Плоскость QQ", проходящую через центр небесной сферы перпендикулярно оси мира, называют плоскостью небесного экватора. Эта плоскость, пересекаясь с небесной сферой,образует окружность большого круга - небесный экватор, который делит небесную сферу на северную и южную части.

Большой круг небесной сферы, проходящий через полюсы мира, зенит и надир, называют меридианом наблюдателя PN nPsZ. Ось мира делит меридиан наблюдателя на полуденную PN ZPs и полуночную PN nPs части.

Меридиан наблюдателя пересекается с истинным горизонтом в двух точках: точке севера N и точке юга S. Прямую, соединяющую точки севера и юга, называют полуденной линией.

Если из центра сферы смотреть в точку N, то справа будет точка востока O st , а слева - точка запада W. Малые круги небесной сферы аа", параллельные плоскости истинного горизонта, называют альмукантаратами; малые bb" параллельные плоскости небесного экватора, - небесными параллелями.

Круги небесной сферы Zon, проходящие через точки зенита и надира, называют вертикалами. Вертикал, проходящий через точки востока и запада, называют первым вертикалом.

Круги небесной сферы PNoPs, проходящие через полюсы мира, называют кругами склонения.

Меридиан наблюдателя является одновременно вертикалом и кругом склонения. Он делит небесную сферу на две части - восточную и западную.

Полюс мира, расположенный над горизонтом (под горизонтом), называют повышенным (пониженным) полюсом мира. Наименование повышенного полюса мира всегда одноименно с наименованием широты места.

Ось мира с плоскостью истинного горизонта составляет угол, равный географической широте места.

Положение светил на небесной сфере определяют при помощи сферических координатных систем. В мореходной астрономии применяются горизонтная и экваториальная системы координат.

Небесной сферой называется воображаемая сфера произвольного радиуса с центром в произвольной точке, на поверхности которой нанесены положения светил так, как они видны на небе в некоторый мо-мент времени из данной точки.

Небесная сфера вращается. В этом нетрудно убедиться, просто наблюдая изменение поло-жения небесных светил относительно наблюдателя или гори-зонта. Если направить фотоаппарат на звезду Малой Медведицы и открыть объектив на несколько часов, то изображения звёзд на фотопластинке опишут дуги, центральные углы ко-торых одинаковы (рис. 17). Материал с сайта

Из-за вращения небесной сферы каждое светило движется по малому кругу, плоскость которого параллельна плоскости экватора — суточной параллели . Как видно из рисунка 18, суточная параллель может пересекать математический гори-зонт, но может и не пересекать его. Пересечение горизонта светилом называется восходом светила , если оно переходит в верхнюю часть небесной сферы, и заходом при переходе све-тила в нижнюю часть небесной сферы. В том случае, если су-точная параллель, по которой движется светило, не пересека-ет горизонта, светило называется невосходящим либо незахо-дящим в зависимости от того, где оно находится: всегда в верхней или всегда в нижней части небесной сферы.

Решебник по астрономии 11 класс на урок №2 (рабочая тетрадь) - Небесная сфера

1. Закончите предложение.

Созвездием называют участок звёздного неба с характерной наблюдаемой группой звёзд.

2. Используя карту звездного неба, внесите в соответствующие графы таблицы схемы созвездий с яркими звездами. В каждом созвездии выделите наиболее яркую звезду и укажите ее название.

3. Закончите предложение.

На звездных картах не указывают положение планет, так как карты предназначены для описания звёзд и созвездий.

4. Расположите следующие звезды в порядке убываний их блеска:

1) Бетельгейзе; 2) Спика; 3) Альдебаран; 4) Сириус; 5) Арктур; 6) Капелла; 7) Процион; 8) Вега; 9) Альтаир; 10) Поллукс.

5. Закончите предложение.

Звезды 1-й величины ярче звезд 6-й величины в 100 раз.

Эклиптикой называется видимый годовой путь Солнца среди звёзд.

6. Что называют небесной сферой?

Воображаемая сфера произвольного радиуса.

7. Укажите названия точек и линий небесной сферы, обозначенных цифрами 1-14 на рисунке 2.1.

Северный полюс мира
зенит; точка зенита
вертикальная линия
небесный экватор
запад; точка запада
центр небесной сферы
полуденная линия
юг; точка юга
линия горизонта
восток; точка востока
южный полюс мира
надир; тока надира
точка севера
лини небесного меридиана

8. Используя рисунок 2.1, ответьте на вопросы.

Как располагается ось мира относительно земной оси?

Параллельно.

Как располагается ось мира относительно плоскости небесного меридиана?

Лежит на плоскости.

В каких точках небесный экватор пересекается с линией горизонта?

В точках востока и запада.

В каких точках небесный меридиан пересекается с линией горизонта?

В точках севера и юга.

9. Какие наблюдения убеждают нас в суточном вращении небесной сферы?

Если наблюдать за звёздами долго, звёзды покажутся единой сферой.

10. Используя подвижную звездную карту, впишите в таблицу по два-три созвездия, видимые на широте 55° в Северном полушарии.

Решение к 10 заданию соответствует реальности событий 2015 года, однако не все учителя проверяют на звёздной карте на соответствие действительности решение задания каждого ученика

Вы спрашивали...

Как принято обозначать самые яркие звезды в созвездии?

Ответ. На звездных картах и в литературе самую яркую звезду в созвездии обозначают греческой буквой а (альфа), за ней следует менее яркая b (бета), за ней гамма и т.д. Кроме этого применяют обозначение в цифрах, например: звезда 61 Лебедя. Некоторые типы звезд имеют специальные обозначения: так переменные звезды обозначают латинскими буквами.

Когда я смотрю на небо, то мне кажется что над моей головой простирается сферический купол усеянный звездами. Как это объяснить?

Ответ. Кажущийся сферический купол объясняется особенностью нашего глаза не улавливать разницы в расстояниях, если эти расстояния превосходят 500 метров.

Почему полярная звезда почти не меняет своего положения?

Ответ. Потому что она находится вблизи полюса мира.

Как располагается ось мира относительно земной оси? Ответ. Ось мира параллельна оси вращения Земли.

Что такое надир? Ответ. Точка противоположная зениту.

Звезды заметно меняют свое положение из месяца в месяц из сезона к сезону. Скажите, почему вид звездного неба через год повторяется? Ответ. Вспомните, период обращения Земли вокруг Солнца- год.

Какой небесный круг все светила пересекают дважды в сутки? Ответ. Небесный меридиан.

Можно ли по виду звездного неба определить, что Вы находитесь на Северном полюсе Земли?

Ответ. Да. Полярная звезда всегда будет видна почти в зените, при суточном вращении земли звезды не восходят и не заходят. Над горизонтом видны только звезды северного полушария.

Правда ли, что Солнце неравномерно вращается вокруг своей оси?

Ответ. Так как Солнце - раскаленный плазменный шар, то экваториальные области имеют период - 25 суток, а полюсные - 30.

Какое полное затмение (солнечное или лунное) продолжительнее?

Ответ. Чтобы Луна прошла сквозь земную тень, требуется значительное время, тогда как лунная тень, имеющая меньшие размеры, быстро проходит через данный пункт Земли.

О Луне...

В течение лунных суток температура на Луне изменяется на 300 град.С. (+130 град. на солнечной стороне, - 170 -на противоположной). Чем объяснить такие значительные перепады температур?

Ответ. Поверхность Луны обладает малой теплопроводностью и имеет большую пористость.

Правда ли, что первый отпечаток ноги астронавта Нейла Армстронга на Луне даже через миллион лет будет выглядеть точно так же, как 20 июля 1969 года?

Ответ. Вполне вероятно, так как на Луне давно завершилась эпоха активного вулканизма, практически прекратилась бомбардировка поверхности метеоритами. Отсутствие атмосферы - говорит о невозможности появления ветра, дождя.

Объясните, почему Луна в среднем восходит каждый день позже на 50 минут, чем накануне?

Ответ. Луна быстрее перемещается на фоне звездного неба, чем другие планеты, которые более удалены от Земли. Скорость составляет 13 градусов в сутки с запада на восток, в направлении, противоположном суточному вращению небесной сферы, поэтому к небесному меридиану приходит с опозданием в 50 минут. Почему планеты двигаются петлеобразно?

А знаете ли Вы?

Диковины Магеллановых облаков

Франческо Антонио Пигафетта, 28-летний уроженец города Винченцы, знаток математики и морского дела, в 1519 г. решил принять уча стие в первом кругосветном путешествии. Вместе с Магелланом он отправился в южное полушарие Земли, через узкий пролив на юге американского континента проник в Тихий океан и, переплыв его, участвовал в битве с аборигенами Филиппинских островов. В этой битве, как известно, Магеллан погиб, а тяжело раненный Пигафетта осенью 1522 г. вернулся в Севилью и подробно описал все, что видел во время своего длительного путешествия. Ему особенно запомнились стоящие высоко в небе странные светящиеся облака, напоминающие обрывки Млечного Пути. Они неуклонно сопровождали экспедицию Магеллана и совсем не походили на обычную облачность. В честь великого путешественника Пигафетта назвал их Магеллановыми Облаками. Так впервые европеец увидел бли жайшие к нам галактики, совершенно, впрочем не отдавая себе отчета, что это такое. Магеллановы Облака сравнительно близки к нам. Большое отстоит от центра нашей Галактики на расстоянии 182000 св. лет, Ма лое - чуть ближе (165000 св. лет). Поперечник Большого Облака около 33000 св. лет, Малого Облака - примерно втрое меньше. В сущности, это громадные звездные системы, из которых большая объединяет 6 миллиардов звезд, меньшая - около полумиллиарда. В Магеллановых Облаках видны двойные и переменные звезды, звездные скопления и туманности разных типов. Примечательно, что в Большом Облаке очень много голубых сверхгигантских звезд, каждая из которых по светимости в десятки тысяч раз ярче Солнца. Оба облака принадлежат к типу неправильных галактик, но в Большом Облаке наблюдатели еще давно заметили, что оба облака когда-то были спиральными галактиками, как и наша звездная система. Ныне они погружены разряженную газовую вуаль, которая тянется в сторону Галактики, и таким образом оба облака и наша звездная спи раль представляют собой тройную галактику. В Большом Магеллановом Облаке давно известна звезда S из созвездия Золотая Рыба. Это белая горячая гигантская звезда необычайной яркости. Она испускает свет, в миллион раз интенсивнее Солнца. Бели бы S Золотой Рыбы поместить на месте Альфы Центавра, она светила бы ночью впятеро ярче полной Луны. Светлячок и мощнейший прожектор - таково примерно соотношение в яркости между Солнцем и S Золотой Рыбы. Если бы эту удивительную звезду удалось поместить на место Солнца, она заняла бы пространство почти до орбиты Марса и Земля очутилась бы внутри звезды! Но этим звездным исполином не ограничиваются чудеса Ма геллановых Облаков. В том же созвездии Золотой Рыбы, где видно Большое Магелланово Облако, блестит «странная туманность, представляющаяся в каком-то разбросанном и растерзанном виде», - как писал когда-то Фламмарион. Вероятно, из-за этого облика газовая туманность названа Тарантулом. Она достигает в поперечнике 660 св. лет, и из вещества Тарантула можно было бы изготовить 5 миллионов Солнц. Ничего похожего в нашей Галактике нет, и самая большая в ней газопылевая туманность во много раз меньше Тарантула. Если бы Тарантул оказался на месте известной туманности Ориона, то он занял бы все созвездие и свет от него был бы так ярок, что по ночам земные предметы отбрасывали бы тень. Источник. Астрономия.11 класс: поурочные планы по учебнику Е.П.Левитана /авт.-сост. В.Т.Оськина.- Волгоград: Учитель, 2007.