Елементи сферичної астрономії

Розглянемо астрономічні одиниці відліку часу, які стали прообразами календарних одиниць. Потім про те, як в далекому минулому люди, навіть не знаючи справжньої тривалості року, могли вимірювати рівні йому часові відрізки, спостерігаючи схід (або візит) Сонця в одній і тій же точці горизонту, орієнтуючи в цьому напрямку свої храми і піраміди.

Основні точки і лінії небесної сфери. Перш за все нагадаємо, що при вивченні виду зоряного неба користуються поняттям небесної сфери - уявної сфери довільного радіуса, до внутрішньої поверхні якої як би «підвішені» зірки. У центрі цієї сфери (в точці О) і знаходиться спостерігач (рис.). Точка небесної сфери, розташована прямо над головою спостерігача, називається зенітом, протилежна їй - надиром. Точки перетину уявної осі обертання Землі ( «осі світу») з небесною сферою називаються полюсами світу.

Проведемо через центр небесної сфери три уявні площині: першу перпендикулярно до прямовисної лінії, другу перпендикулярно до осі світу і третю - через прямовисну лінію (через центр сфери і зеніт) і вісь світу (через полюс світу). В результаті на небесній сфері отримаємо три великих кола (центри яких співпадають з центром небесної сфери): горизонт, небесний екватор і небесний меридіан (мал.). Небесний меридіан перетинається з горизонтом в двох точках: точці півночі (N) і точка півдня (S), небесний екватор - в точці сходу (Е) і точці заходу (W). Лінія SN, що визначає напрямок «північ - південь», називається полуденної лінією.

Мал. Основні точки і лінії небесної сфери; стрілкою вказано напрямок її обертання

Видимий річний пересування центру диска Сонця серед зірок відбувається по екліптиці - великому колу, площина якого становить з площиною небесного екватора кут # 949; = 23 ° 27. З небесним екватором екліптика перетинається в двох точках (рис.): В точці весняного рівнодення ¡ і в точці осіннього рівнодення W.

Мал. Положення екліптики на небесній сфері; стрілкою вказано напрямок видимого річного руху Сонця

Небесні координати. Як і на глобусе- зменшеною моделлю Землі, на небесній сфері (але зсередини неї!) Можна побудувати координатну сітку, що дозволяє визначити координати будь-якого світила. Роль земних меридіанів на небесній сфері відіграють кола відмін, що проходять від північного полюса світу до південного, замість земних паралелей на небесній сфері проводяться добові паралелі. Для кожного світила можна знайти (рис.):

Мал. Напрямок відліку екваторіальних координат а і S, а також часового кута t зірки

1. Кутова відстань # 945; його кола відмінювання від точки весняного рівнодення, виміряний вздовж небесного екватора проти добового руху небесної сфери (аналогічно тому, як уздовж земного екватора ми вимірюємо географічну довготу # 955; - кутова відстань меридіана спостерігача від нульового Гринвічем меридіана). Ця координата називається прямим сходженням світила.

2. Кутова відстань світила # 948; від небесного екватора - відміна світила, виміряний вздовж кола відмін, що проходить через це світило (відповідає. географічній широті # 966;).

Пряме сходження світила # 945; вимірюється в годинній мірі - в годиннику (ч або h), хвилинах (м або m) і секундах (з або s) від 0 h до 24 h схиляння # 948; - в градусах, зі знаком «плюс» (від 0 ° до + 90 °) у напрямку від небесного екватора до північного полюса світу і зі знаком «мінус» (від 0 ° до -90 °) - до південного полюса світу. В процесі добового обертання небесної сфери ці координати для кожного світила залишаються незмінними.

Положення кожного світила на небесній сфері в даний момент часу можна описати і двома іншими координатами: його азимутом і кутовий висотою над горизонтом. Для цього від зеніту через світило до горизонту проводимо подумки велике коло - вертикалі органів. Азимут світила A відраховується від точки півдня S на захід до точки перетину вертикалі світила з горизонтом. Якщо ж відлік азимута ведеться від точки півдня проти годинникової стрілки, то йому приписують знак мінус. Висота світила h відраховується вздовж вертикалі від горизонту до світила (мал.). Звернувшись до рис. видно, що висота полюса світу над горизонтом дорівнює географічній широті спостерігача.

Мал. Напрямок відліку азимута А і висоти h світила

Кульмінація світил. В процесі добового обертання Землі кожна точка небесної сфери двічі проходить через небесний меридіан спостерігача. Проходження того чи іншого світила через ту частину дуги небесного меридіана, на якій розташований зеніт спостерігача, називається верхньою кульмінацією світила. При цьому висота світила над горизонтом досягає максимального значення. У момент нижньої кульмінації світило проходить протилежну частину дуги меридіана, на якій знаходиться надир. Часом, що пройшов після верхньої кульмінації світила, вимірюється часовий кут світила t.

Якщо світило у верхній кульмінації проходить через небесний меридіан на південь від зеніту, то його висота над горизонтом в цей момент дорівнює