Небесной сферой называется воображаемая сфера произвольного радиуса с центром в выбранной точке наблюдения, на поверхности которой расположены светила так, как они видны на небе в некоторый момент времени из данной точки пространства. Чтобы правильно представлять себе астрономическое явление, необходимо считать радиус небесной сферы намного больше радиуса Земли (Rсф >> RЗемли), т. е. полагать, что наблюдатель находится в центре небесной сферы, причём одна и та же точка небесной сферы (одна и та же звезда) видна из разных мест земной поверхности по параллельным направлениям. Под небесным сводом или небом обычно понимают внутреннюю поверхность небесной сферы, на которую проектируются небесные тела (светила). Для наблюдателя на Земле днем на небе видно Солнце, иногда Луна, еще реже Венера. В безоблачную ночь видны звёзды, Луна, планеты, иногда кометы и другие тела. Звёзд, видимых невооруженным глазом, около 6000. Взаимное расположение звезд почти не меняется из-за больших расстояний до них. Небесные тела, относящиеся к Солнечной системе, изменяют свое положение относительно звёзд и друг друга, что определяется их заметным угловым и линейным суточным и годовым смещением. Небесный свод вращается как единое целое со всеми находящимися на нем светилами около воображаемой оси. Это вращение – суточное. Если наблюдать суточное вращение звёзд в северном полушарии Земли и лицом стоять к северному полюсу, то вращение неба будет происходить против часовой стрелки.
Основные плоскости, линии и точки небесной сферы: ZOZ’ – отвесная (вертикальная) линия, SWNE – истинный (математический) горизонт, aMa’ – альмукантарат, ZMZ’ – круг высоты (вертикальный круг), или вертикал
Центр О небесной сферы – точка наблюдения. Прямая ZOZ’, совпадающая с направлением нити отвеса в месте наблюдения, называется отвесной или вертикальной линией. Отвесная линия пересекается с поверхностью небесной сферы в двух точках: в зените Z, над головой наблюдателя, и в диаметрально противоположной точке Z’ – надире. Большой круг небесной сферы (SWNE), плоскость которого перпендикулярна к отвесной линии, называется математическим или истинным горизонтом. Математический горизонт – плоскость, касательная к поверхности Земли в точке наблюдения. Малый круг небесной сферы (аМа’), проходящий через светило М, и плоскость которого параллельна плоскости математического горизонта, называется альмукантаратом светила. Большой полукруг небесной сферы ZMZ’ называется кругом высоты, вертикальным кругом, или просто вертикалом светила.
Основные плоскости, линии и точки небесной сферы: POP’ – ось вращения небесной сферы (ось мира), P – северный полюс мира, P’ – южный полюс мира, ∠PON = φ (широта места наблюдения), QWQ’E – небесный экватор, bMb’ – суточная параллель, PMP’ – круг склонения, PZQSP’Z’Q’N – небесный меридиан, NOS – полуденная линия
Диаметр РР’, вокруг которого происходит вращение небесной сферы, называется осью мира. Ось мира пересекается с поверхностью небесной сферы в двух точках: в северном полюсе мира Р, со стороны которого вращение небесной сферы происходит по часовой стрелке, если смотреть на сферу извне, и в южном полюсе мира Р’. Ось мира наклонена к плоскости математического горизонта под углом, равным географической широте точки наблюдения φ. Большой круг небесной сферы QWQ’E, плоскость которого перпендикулярна к оси мира, называется небесным экватором. Малый круг небесной сферы (bМb’), плоскость которого параллельна плоскости небесного экватора, называется небесной или суточной параллелью светила М. Большой полукруг небесной сферы РМР* называется часовым кругом или кругом склонения светила. Небесный экватор пересекается с математическим горизонтом в двух точках: в точке востока Е и в точке запада W. Круги высот, проходящие через точки востока и запада, называются первыми вертикалами – восточным и западным. Большой круг небесной сферы PZQSP’Z’Q’N, плоскость которого проходит через отвесную линию и ось мира, называется небесным меридианом. Плоскость небесного меридиана и плоскость математический горизонта пересекаются по прямой линии NOS, которая называется полуденной линией. Небесный меридиан пересекается с математический горизонтом в точке севера N и в точке юга S. Небесный меридиан пересекается с небесным экватором также в двух точках: в верхней точке экватора Q, которая ближе к зениту, и в нижней точке экватора Q’, которая ближе к надиру.
2.1.2. Светила, их классификация, видимые движения. Звёзды, Солнце и Луна, планеты
Движение звёзд по небесной сфере
На востоке звёзды восходят, на западе заходят. При этом каждая звезда восходит и заходит в одних и тех же точках горизонта. Максимальная высота для данной звезды в данной местности постоянна. Некоторые звёзды будут не заходить, а описывать полные круги (за сутки) над горизонтом, вращаясь вокруг неподвижной точки (северного полюса мира).
Созвездия северного полушария
Для того, чтобы ориентироваться по небу, яркие звезды объединены в созвездия. Всего созвездий на небе 88, из которых 56 видны для наблюдателя, находящегося в средних широтах северного полушария Земли. Все созвездия имеют собственные имена, связанные с названиями животных (Большая Медведица, Лев, Дракон), именами героев греческой мифологии (Кассиопея, Андромеда, Персей) или названиями предметов, очертания которых напоминают (Северная Корона, Треугольник, Весы). Отдельные звезды в созвездиях обозначаются буквами греческого алфавита, а наиболее яркие из них (около 200) получили «собственные» имена. Например, α Большого Пса – «Сириус», α Ориона – «Бетельгейзе», β Персея – «Алголь», α Малой Медведицы – «Полярная звезда», около которой находится точка северного полюса мира. Пути Солнца и Луны на фоне звезд почти совпадают и приходят по двенадцати созвездиям, которые получили названия зодиакальных, поскольку большинство из них носит название животных (от греч. «зоон» – животное). К ним относятся созвездия Овна, Тельца, Близнецов, Рака, Льва, Девы, Весов, Скорпиона, Стрельца, Козерога, Водолея и Рыб.
Созвездия южного полушария
Траектория движения Марса по небесной сфере в 2003 году
Небесная сфера ее основные элементы: точки, линии, плоскости
Что представляет собой Небесная сфера
Небесная сфера – абстрактное понятие, воображаемая сфера бесконечно большого радиуса, центром которой является наблюдатель. При этом центр небесной сферы как бы находится на уровне глаз наблюдателя (иными словами, все что вы вы видите над головой от горизонта до горизонта – и есть эта самая сфера). Впрочем, для простоты восприятия, можно считать центром небесной сферы и центр Земли, никакой ошибки в этом нет. Положения звезд, планет, Солнца и Луны на сферу наносят в таком положении, в каком они видны на небе в определенный момент времени из данной точки нахождения наблюдателя.
Иными словами, хотя наблюдая положение светил на небесной сфере, мы, находясь в разных местах планеты, постоянно будем видеть несколько различную картину, зная принципы “работы” небесной сферы, взглянув на ночное небо мы без труда сможем сориентироваться на местности пользуясь простой техникой. Зная вид над головой в точке А, мы сравним его в с видом неба в точке Б, и по отклонениям знакомых ориентиров, сможем понять где именно находимся сейчас.
Люди давно уже придумали целый ряд инструментов облегчающих нашу задачу. Если ориентироваться по “земному” глобусу просто с помощью широты и долготы, то целый ряд подобных элементов – точек и линий, предусмотрен и для “небесного” глобуса – небесной сферы.
Небесная сфера и положение наблюдателя. Если наблюдатель сдвинется, то сдвинется и вся видимая им сфера
Элементы небесной сферы
Небесная сфера имеет ряд характерных точек, линий и кругов, рассмотрим основные элементы небесной сферы.
Вертикаль наблюдателя — прямая, проходящая через центр небесной сферы и совпадающая с направлением нити отвеса в точке наблюдателя. Зенит — точка пересечения вертикали наблюдателя с небесной сферой, расположенная над головой наблюдателя. Надир — точка пересечения вертикали наблюдателя с небесной сферой, противоположная зениту.
Истинный горизонт и стороны света
Истинный горизонт — большой круг на небесной сфере, плоскость которого перпендикулярна к вертикали наблюдателя. Истинный горизонт делит небесную сферу на две части: надгоризонтную полусферу, в которой расположен зенит, и подгоризонтную полусферу, в которой расположен надир.
Ось мира или земная ось
Ось мира (Земная ось) — прямая, вокруг которой происходит видимое суточное вращение небесной сферы. Ось мира параллельна оси вращения Земли, а для наблюдателя, находящегося на одном из полюсов Земли, она совпадает с осью вращения Земли. Видимое суточное вращение небесной сферы является отражением действительного суточного вращения Земли вокруг своей оси. Полюсы мира —точки пересечения оси мира с небесной сферой. Полюс мира, находящийся в области созвездия Малой Медведицы, называется Северным полюсом мира, а противоположный полюс называется Южным полюсом.
Небесный экватор — большой круг на небесной сфере, плоскость которого перпендикулярна к оси мира. Плоскость небесного экватора делит небесную сферу на северную полусферу, в которой расположен Северный полюс мира, и южную полусферу, в которой расположен Южный полюс мира.
Небесный меридиан, или меридиан наблюдателя — большой круг на небесной сфере, проходящий через полюсы мира, зенит и надир. Он совпадает с плоскостью земного меридиана наблюдателя и делит небесную сферу на восточную и западную полусферы.
Точки севера и юга на небесной сфере
Точки севера и юга — точки пересечения небесного меридиана с истинным горизонтом. Точка, ближайшая к Северному полюсу мира, называется точкой севера истинного горизонта С, а точка, ближайшая к Южному полюсу мира, — точкой юга Ю. Точки востока и запада — точки пересечения небесного экватора с истинным горизонтом.
Полуденная линия — прямая линия в плоскости истинного горизонта, соединяющая точки севера и юга. Полуденной называется эта линия потому, что в полдень по местному истинному солнечному времени тень от вертикального шеста совпадает с этой линией, т. е. с истинным меридианом данной точки.
Южная и северная точки небесного экватора
Южная и северная точки небесного экватора — точки пересечения небесного меридиана с небесным экватором. Точка, ближайшая к южной точке горизонта, называется точкой юга небесного экватора, а точка, ближайшая к северной точке горизонта, — точкой севера небесного экватора.
Вертикал светила, или круг высоты, — большой круг на небесной сфере, проходящий через зенит, надир и светило. Первый вертикал — вертикал, проходящий через точки востока и запада.
часовой круг светила
Круг склонения, или часовой круг светила, — большой круг на небесной сфере, проходящий через полюсы мира и светило.
Суточная параллель светила
Суточная параллель светила — малый круг на небесной сфере, проведенный через светило параллельно плоскости небесного экватора. Видимое суточное движение светил происходит по суточным параллелям.
Альмукантарат светила — малый круг на небесной сфере, проведенный через светило параллельно плоскости истинного горизонта.
Все отмеченные выше элементы небесной сферы активно используются для решения практических задач ориентирования в пространстве и определения положения светил. В зависимости от целей и условий измерения применяют две отличающиеся системы сферических небесных координат.
В одной системе светило ориентируют относительно истинного горизонта и называют эту систему горизонтальной системой координат, а в другой — относительно небесного экватора и называют экваториальной системой координат.
В каждой из этих систем положение светила на небесной сфере определяется двумя угловыми величинами подобно тому, как при помощи широты и долготы определяется положение точек на поверхности Земли.
1. 3енит и горизонт.Отвесная линия, проходящая через глаз наблюдателя, пересекает небесную сферу в точке зенита. Зенит имеется наивысшая точка над головой наблюдателя. Плоскость, перпендикулярная к отвесной линии, именуется горизонтальной плоскостью.
Математическим горизонтом именуется линия пересечения небесной сферы с горизонтальной плоскостью, проходящей через центр небесной сферы. Плоскость горизонта возможно выяснить при помощи уровня. Видимый же горизонт ограничен линией, по которой, как нам думается, небо «сходится» с Почвой.
2. ось и Полюсы мира. Присматриваясь к ночному небу, мы подмечаем, что звезды в течении 24 часов обрисовывают тем громадные круги, чем дальше от Полярной звезды они находятся. Полярная звезда в течении 24 часов обрисовывает небольшой кружок и неизменно видна практически на одной и той же высоте над горизонтом, в северной стороне неба. На рисунке 5 продемонстрировано изменение в течении 24 часов положения Громадной Медведицы относительно горизонта и неизменность положения Полярной звезды. Попытайтесь сами убедиться в том, что это так.
На рисунке 12 продемонстрировано дневное вращение небесной сферы. Снимок взят так: фотоаппарат, установленный «на бесконечность», направили на Полярную звезду и прекрасно укрепили. Покинув аппарат с открытым затвором в этом положении на один час, показали снимок. На фотографической пластинке (негативе) обнаружились тёмные следы звезд (на позитиве — яркие). Все они имеют вид концентрических дуг. В центре их лежит центр вращения небесной сферы.
Рисунок 12 — Фотография полярной области неба, полученная неподвижным аппаратом за один час.
Центр вращения южного полушария неба находится в точке, противоположной центру вращения северного небесного полушария. Но так как в центре небесной сферы находится отечественный глаз. Следовательно, небесная сфера вращается как одно целое около некоей оси, проходящей через отечественный глаз. Ось дневного вращения небесной сферы именуется осью мира.
Точки пересечения небесной сферы с осью мира именуются полюсами мира. Полярная звезда расположена вблизи северного полюса мира (на расстоянии около 1°). Южный полюс мира находится в южном полушарии небесной сферы. Вблизи него никакой яркой звезды нет.
3. Небесный экватор. Плоскость, перпендикулярная к оси мира и проходящая через центр небесной сферы, именуется плоскостью небесного экватора, а линия пересечения ее с небесной сферой — небесным экватором.
Небесный экватор дробит небесную сферу на два полушария — северное и южное. Мы видим, что ось мира, небесный экватор и полюсы мира подобны оси, экватору и полюсам Почвы. Да это и конечно, поскольку перечисленные заглавия связаны с видимым вращением небесной сферы, а оно само имеется следствие настоящего вращения земного шара.
4. полуденная линия и Небесный меридиан.Плоскостью небесного меридиана именуется плоскость, проходящая через точку зенита, центр небесной сферы и полюс мира. Пересекаясь с небесной сферой, эта плоскость образует линию небесного меридиана. Вертикальная плоскость, проходящая через Полярную звезду и через наблюдателя, примерно будет плоскостью меридиана. В любом месте Почвы плоскость небесного меридиана сходится с плоскостью географического меридиана этого же места.
Полуденной линией именуется линия горизонта плоскостей и пересечения меридиана. Эта линия названа так вследствие того что в 12 часов дня тени от вертикальных предметов падают именно по этому направлению. Фактически полуденную линию возможно проводить на Земле либо на горизонтальной плоскости, отмечая в 12 часов дня направление тени от вертикального стержня.
5. Точки горизонта. Горизонт пересекается с небесным меридианом в точках севера N и юга S, а с небесным экватором — в точках востока Е и запада W. В случае если мы поднимемся лицом к полюсу мира (к Полярной звезде), то на горизонте прямо под ним будем иметь точку севера, за спиной — точку юга, справа — точку востока и слева — точку запада. не забывая это, мы постоянно сможем ориентироваться на местности.
Дабы яснее представить себе все, что было тут сообщено, изобразим небесную сферу на чертеже (Рисунок 13).
Рисунок 13 — линии и Основные точки небесной сферы.
На этом чертеже С — центр небесной сферы, в котором находится глаз наблюдателя, ZCZ’ — отвесная линия, Z — зенит, Z’ — надир (противоположная зениту точка небесной сферы),
РР — ось мира, Р — северный полюс мира, Р’ — южный полюс мира, EAWQ — небесный экватор, плоскость которого перпендикулярна к оси мира, ESWN — горизонт, S — точка юга, N — точка севера, Е — точка востока и W — точка запада. Легко понять, что над горизонтом видна ровно добрая половина небесной сферы и добрая половина небесного экватора, и то, что в точках Е и W (отстоящих от точек S и N на 90°) экватор и горизонт, пересекаясь, дробят друг друга пополам.
Линия NS имеется полуденная линия, а громадный круг NPZASP’ — небесный меридиан.
Нужно обучиться чертить небесную сферу. Угол между плоскостью горизонта и осью мира на чертеже возможно брать каким угодно. Как мы позже заметим, данный угол зависит от местонахождения наблюдателя на земном шаре.
Введенные в этом параграфе определения нужны для практических применений астрономии.
6. Линии небесной сферы и Почва. Наблюдателю, находящемуся на Земле в какой-либо точке С(Рисунок 14), думается, что звездное небо вращается около оси, проходящей через него самого и параллельной оси вращения Почвы. Ось вращения небесной сферы СР мы назвали осью мира и сейчас видим, что она для всякого наблюдателя параллельна оси вращения Почвы. Для наблюдателей, находящихся на полюсах Почвы, ось вращения мира и ось Земли совпадают.
Ось вращения Почвы и параллельная ей ось мира направлены к Полярной звезде, потому, что Полярная звезда находится от нас весьма на большом растоянии и направления на нее для всех наблюдателей на Земле фактически параллельны друг другу.
Плоскость небесного экватора CEAW, перпендикулярная к оси мира, параллельна плоскости земного экватора. Для наблюдателя, находящегося на экваторе Почвы, эти плоскости совпадают.
В случае если вычислять Почву шаром, то отвесная линия CZ есть продолжением радиуса Почвы ОС,совершённого из ее центра в точку, где находится наблюдатель. Исходя из этого плоскость горизонта, проходящая через центр небесной сферы (через точку С), есть плоскостью, касательной к земному шару в точке С. Плоскости небесного и географического меридианов совпадают.
Рисунок 14 — Соотношение между плоскостями и линиями небесной Земли и сферы.
Наблюдатель вращается вместе с Почвой, а с ним и его небесная сфера. Исходя из этого горизонт в равное время суток проходит через различные части звездного неба. Различные светила будут и в зените. Небесный экватор скользит в собственной плоскости, а ось мира остается параллельной самой себе. Звезды, занимая неизменное положение относительно друг друга и экватора, движутся в плоскостях, параллельных плоскости небесного экватора.
Рис. 1.1. Главные точки, линии и круги на небесной сфере
Ось мира параллельна оси вращения Почвы, а для наблюдателя, находящегося на одном из полюсов Почвы, она сходится с осью вращения Почвы. Видимое дневное вращение небесной сферы есть отражением настоящего дневного вращения Почвы около собственной оси.
Полюсы мира — точки пересечения оси мира с небесной сферой. Полюс мира, находящийся в области созвездия Малой Медведицы, именуется Северным полюсом мира Р, а противоположный полюс именуется Южным Р.
— громадной круг на небесной сфере, плоскость которого перпендикулярна к оси мира. Плоскость небесного экватора дробит небесную сферу на северную полусферу, в которой расположен Северный полюс мира, и южную полусферу, в которой расположен Южный полюс мира.
Небесный меридиан, либо меридиан наблюдателя,
— громадный круг на небесной сфере, проходящий через полюсы мира, надир и зенит. Он сходится с плоскостью земного меридиана наблюдателя и дробит небесную сферу на восточную и западную полусферы.
юга точки и Точки — севера пересечения небесного меридиана с подлинным горизонтом. Точка, ближайшая к Северному полюсу мира, именуется точкой севера подлинного горизонта С, а точка, ближайшая к Южному полюсу мира, — точкой юга Ю. запада точки и Точки — востока пересечения небесного экватора с подлинным горизонтом.
Полуденная линия — прямая линия в плоскости подлинного горизонта, соединяющая юга и точки севера. Полуденной именуется эта линия вследствие того что в 12 часов дня по местному подлинному солнечному времени тень от вертикального шеста сходится с данной линией, т. е. с подлинным меридианом данной точки.
Южная и северная точки небесного экватора — точки пересечения небесного меридиана с небесным экватором. Точка, ближайшая к южной точке горизонта, именуется точкой юга небесного экватора
, а точка, ближайшая к северной точке горизонта, — точкой севера
Вертикал светила, либо круг высоты,
— громадный круг на небесной сфере, проходящий через зенит, светило и надир. Первый вертикал — вертикал, проходящий через запада и точки востока.
Круг склонения, либо часовой круг светила, РМР — громадный круг на небесной сфере, проходящий через полюсы
В этой системе основными кругами являются астрономический горизонт и вертикал, а линия отвеса является главным направлением.
Рисунок 2. Горизонтальная система координат.
Проходящая через звезду часть вертикала называется вертикалом светила. В том случае, если в точках E и W вертикал пересекает астрономический горизонт, тогда он является первым вертикалом. Высотой звезды h является дуга вертикала от горизонтальной плоскости до места расположения объекта.
Альмукантаратом звезды является альмукантарат, пересекающий тело звезды А. Азимутом звезды называется сферический угол точки меридиана, расположенный между наблюдательным меридианом и вертикалом.
Сложно разобраться самому?
Попробуй обратиться за помощью к преподавателям
В мореходной астрономии применяются три способа исчисления азимута:
Экваториальная система координат №1
В данной системе главным направлением является мировая ось, а главными кругами – наблюдательный меридиан и небесный экватор. В качестве вспомогательного круга используется звездная параллель.
Рисунок 3. Экваториальная система координат №1
Дуга звездного меридиана называется склонением звезды δ. В зависимости от того, в каком полушарии находится звезда, склонение бывает северным или южным. Полярным расстоянием называется дуга звездного меридиана между полюсом и звездой в промежутке от 0 до 180º. Сферический угол, который образован мировым полюсом и наблюдательным меридианом в полуденной части, называется часовым углом звезды t.
Экваториальная система координат №2
В данной системе координат положение звезды задается посредством прямого восхождения (дуги небесного экватора от точки весеннего равноденствия до звёздного меридиана, измеряемой в направлении солнечного годового хода) и склонения.
Рисунок 4. Экваториальная система координат №2.
Эклиптическая система координат
У эклиптической системы основным направлением является ось эклиптики, а главным кругом – эклиптическая земная плоскость и плоскость широтного круга точки весеннего равноденствия. Место звезды устанавливается по астрономической долготе и широте, причем местоположение созерцателя и вращение небесной сферы не оказывают влияния на координаты звезд в данной системе.
Рисунок 5. Эклиптическая координатная система.
Не нашли что искали?
Просто напиши и мы поможем
Астрономические инструменты в мореходной астрономии
Средства контроля времени
Для решения астрономических вопросов суда оснащаются средствами для измерения времени, имеющие точность в пределах 0.5…1.0 секунды (эталонное время). Такие приборы применяются для обслуживания навигации, а для эксплуатации достаточно приборов с точностью 10…60 секунд (судовое время). Одним из самых распространенных приборов является кварцевый или механический хронометр (для эталонного времени), а также секундомеры и палубные часы (для воспроизведения времени). Воспроизведение судового времени производится посредством механических и электрических судовых часов.
Звездный глобус
Звездным глобусом называется прибор, выполненный в форме макета небесной сферы. Он необходимо для решения астрономических задач в мореплавании. Звездный глобус используют для получения ответов на следующие вопросы:
Секстант
Навигационным секстантом называется угломерный прибор, который устроен на основе схемы отражения. Он служит для фиксации величин углов между точкой наблюдения и небесным телом. Посредством секстанта определяется местоположение судна. Благодаря оптической системе с двумя зеркалами-призмами, секстант позволяет наблюдать сразу два объекта и определять угол между ними.
Не нашли нужную информацию?
Закажите подходящий материал на нашем сервисе. Разместите задание – система его автоматически разошлет в течение 59 секунд. Выберите подходящего эксперта, и он избавит вас от хлопот с учёбой.
Гарантия низких цен
Все работы выполняются без посредников, поэтому цены вас приятно удивят.
Доработки и консультации включены в стоимость
В рамках задания они бесплатны и выполняются в оговоренные сроки.
Вернем деньги за невыполненное задание
Если эксперт не справился – гарантируем 100% возврат средств.
Тех.поддержка 7 дней в неделю
Наши менеджеры работают в выходные и праздники, чтобы оперативно отвечать на ваши вопросы.
Тысячи проверенных экспертов
Мы отбираем только надёжных исполнителей – профессионалов в своей области. Все они имеют высшее образование с оценками в дипломе «хорошо» и «отлично».
Гарантия возврата денег
Эксперт получил деньги, а работу не выполнил? Только не у нас!
Деньги хранятся на вашем балансе во время работы над заданием и гарантийного срока
Гарантия возврата денег
В случае, если что-то пойдет не так, мы гарантируем возврат полной уплаченой суммы
Отзывы студентов о нашей работе
«Всё сдал!» — безопасный онлайн-сервис с проверенными экспертами
Используя «Всё сдал!», вы принимаете пользовательское соглашение и политику обработки персональных данных Сайт работает по московскому времени:
