Глава 1 деякі відомості з астрономії

ДЕЯКІ ВІДОМОСТІ З АСТРОНОМІЇ

§ 1. Обертання Землі навколо своєї осі і рух її навколо Сонця. Зміна пір року

У дуже давні часи люди не мали правильного уявлення про форму та розміри нашої планети і про те, яке місце вона займає в просторі. Тепер ми знаємо, що фізична поверхню Землі, що представляє поєднання суші та водних просторів, в геометричному відношенні має досить складну форму; її не можна уявити жодної з відомих і математично вивчених геометричних фігур. На поверхні Землі моря й океани займають близько 71%, а суша - близько 29%; самі ж високі гори і найбільші глибини океанів в порівнянні з розмірами всієї Землі мізерно малі. Так, наприклад, на глобусі діаметром 60 см гора Еверест висотою приблизно 8840 м відіб'ється всього лише дрібкою в 0,25 мм. Тому за загальну - теоретичну - форму Землі беруть тіло, обмежене поверхнею океанів, що знаходиться в спокійному стані, подумки продовженої під усіма материками. Ця поверхня називається геоїд (гео - по-грецьки «земля»). У першому ж наближенні фігуру Землі вважають еліпсоїдом обертання (сфероїд) - поверхнею, утвореної в результаті обертання еліпса навколо своєї осі.

Розміри земної сфероїд визначалися неодноразово, але найбільш фундаментальні з них були встановлені в 1940 р в СРСР Ф. Н. Красовським (1873-1948) і А. А. Ізотовим (1907-1988): за їхніми визначеннями мала вісь земної сфероїд, що збігається з віссю обертання Землі, b = 6356,86 км, а велика піввісь, перпендикулярна малої осі і лежить в площині земного екватора, a = 6378,24 км.

ставлення # 945; = (A - b) / a. зване стисненням земної сфероїд, дорівнює 1 / 298,3.

Перебуваючи в будь-якій точці земної поверхні, ми досить скоро виявляємо, що все видиме на небосхилі (Сонце, Місяць, зірки, планети) обертається навколо нас як одне ціле. Насправді це явище здається, воно є наслідком обертання Землі навколо своєї осі із заходу на схід, т. Е. В напрямку, протилежному удаваному добовому обертанню небесного зводу [7] навколо осі світу. представляє пряму, паралельну осі обертання Землі, кінцями якої є північний і південний полюси нашої планети. Земля обертається навколо своєї осі можна довести різними способами. Але тепер його можна безпосередньо спостерігати за допомогою космічних апаратів.

У стародавні часи люди вважали, що Сонце, переміщаючись щодо зірок, обходить нашу планету по колу протягом одного року, Земля ж ніби-то нерухома і знаходиться в центрі Всесвіту. Такого ставлення до світобудові дотримувалися і древні астрономи. Воно знайшло відображення в знаменитому творі давньогрецького астронома Клавдія Птолемея (II ст.), Написаному в середині II ст. і відомому під спотвореною назвою «Альмагест» [8]. Така система світу отримала назву геоцентричної (від того ж слова «гео»).

Мал. 1. Видимий рух Сонця

Для визначення положення тих чи інших світил на небесній сфері необхідно мати «опорні» точки і лінії. І тут перш за все використовується стрімка лінія, напрям якої збігається з напрямком сили тяжіння. Продовжена вгору і вниз ця лінія перетинає небесну сферу в точках Z і Z '(рис. 1), які називаються відповідно зенітом і надиром.

Велике коло [9] небесної сфери, площина якого перпендикулярна лінії ZZ ', називається математичним або істинним горизонтом [10]. Ось РР ', навколо якої обертається в своєму видимому русі небесна сфера (це її обертання є відображенням обертання Землі), і називається віссю світу: вона перетинає поверхню небесної сфери в двох точках - північному Р і південному Р' полюсах світу.

Велике коло небесної сфери QLQ'F, площина якого перпендикулярна осі світу РР ', є небесним екватором; він ділить небесну сферу на північну і південну півкулі.

Мал. 2. Рух Землі навколо Сонця (66,5 ° - нахил осі Землі, 23,5 ° - нахил екватора до екліптики)

Тільки в дні рівнодення (два рази на рік) промені Сонця падають на Землю під прямим кутом до осі її обертання і тому тільки два рази в році день і ніч тривають по 12 годин (рівнодення), а весь інший час року або день коротшими ночі або навпаки [11]. Причиною цього є те, що вісь обертання Землі не перпендикулярна до площини екліптики, а нахилена до неї під кутом 66,5 ° (рис. 2).

§ 2. Рух Місяця навколо Землі

Рух Місяця навколо Землі по ряду причин є досить складним. Якщо Землю прийняти за центр, то орбіту Місяця в першому наближенні можна вважати еліпсом з ексцентриситетом

e = √ (a 2 - b 2) / a = 0,055,

де а і Ь - відповідно велика і мала півосі еліпса. Коли Місяць перебуває в найбільшій близькості до Землі в перигеї. її відстань від поверхні Землі становить 356 400 км, в апогеї ця відстань збільшується до 406 700 км. Середнє ж її відстань від Землі дорівнює 384 000 км.

Площина орбіти Місяця нахилена до площини екліптики під кутом 5 ° 09 '; точки перетину орбіти з екліптикою називаються вузлами. а пряма, їх з'єднує, - лінією вузлів. Лінія вузлів переміщається назустріч руху Місяця, здійснюючи повний оборот за 6793 доби, що складає близько 18,6 років.

Проміжок часу між двома послідовними проходженнями Місяця через один і той же вузол називається драконічний місяць; його тривалість дорівнює 27,21 середніх сонячних діб (див. § 5).

Оскільки лінія вузлів не залишається на місці, Місяць після закінчення місяця не повертається точно до свого початкового стану на орбіті і кожне наступне звернення її відбувається по кілька іншому шляху.

По відношенню до зірок повний оборот по своїй орбіті навколо Землі [12] Місяць здійснює за 27,32 середніх сонячних діб. Цей проміжок часу називається сидерическим (інакше зоряним; sidus - по-латині «зірка») місяцем; по закінченні цього місяця Місяць повертається до однієї і тієї ж зірки.

Звертаючись навколо Землі, Місяць займає різні положення щодо Сонця, і оскільки вона являє собою темне тіло і світить лише завдяки відображаються нею сонячних променів, то при різних положеннях Місяця відносно Сонця ми бачимо її в різних фазах.

Мал. 3. Фази Місяця

Схематично місячні фази показані на рис. 3. На орбіті зображена Місяць (освітлена Сонцем наполовину) в різних положеннях відносно Землі, а зовні від орбіти показані різні фази Місяця, як їх видно з Землі.

Коли Місяць при своєму русі навколо Землі виявиться між Сонцем і Землею (положення 1), то до Землі буде звернена її неосвітлена частина і в цьому випадку з Землі вона не буде видна. Така фаза Місяця називається молодиком. Якщо Місяць опиниться в положенні прямо протилежному Сонцю (положення 5), то частина її, звернена до Землі, буде повністю освітлюватися Сонцем, і Місяць буде видно з Землі у вигляді повного диска. Ця фаза Місяця називається повним місяцем. Коли Місяць опиниться в положенні 3 або 7. то в цей час направлення на Сонце і Місяць складуть кут в 90 ° і тому із Землі буде видно тільки половина її освітленого диска. Ці фази Місяця називаються відповідно першою чвертю і останньою чвертю.

Через два-три дні після молодика Місяць опиниться в положенні 2. і тоді вечорами при заході Сонця буде видно освітлена частина місячного диска у вигляді вузького серпа. Після першої чверті, у міру наближення Місяця до повні, яке настає приблизно через 15 діб після молодика, освітлена частина її з кожним днем ​​буде збільшуватися, а після повного місяця розмір освітленої частини Місяця, навпаки, буде поступово зменшуватися, аж до наступного молодика, коли вона знову виявиться повністю невидимою.

Для практичних цілей часто користуються періодом повторення місячних фаз (наприклад, від молодика до молодика). Цей період часу, званий синодичним місяцем. складає в середньому близько 29,5 середніх сонячних діб. Періодичну зміну фаз Місяця люди і використовували як другу міру часу (після доби - періоду обороту Землі навколо своєї осі), а саме місяць.

У своєму видимому добовому русі по небесній сфері будь-яке небесне тіло виявляється у вищій або нижчій точці свого шляху. Ці моменти називаються кульмінаціями - відповідно верхній і нижній (про небесне тіло кажуть, що воно кульминирует). У момент кульмінації світило перетинає небесний меридіан - велике коло небесної сфери ZPVQZ'P'WQ '(рис. 1), площина якого проходить через вісь світу РР' і стрімку лінію.

Місяць протягом місяця кульминирует в різні години. У молодика це відбувається о 12 годині, в першій чверті - близько 18 годин, в повний місяць - в 0 годин, а в останній чверті - в 6 годин.

Примітки:

Ленін В. І. Повне. зібр. соч. - Т. 18.- С. 181.

Звичайно, ніякого небосхилу насправді не існує, а його денний блакитний колір обумовлений розсіюванням сонячних променів в атмосфері Землі.

У «Альмагест» крім опису світобудови міститься один з перших дійшли до нас зоряних каталогів - список тисячі двадцять-три найяскравіших зірок.

В астрономії за традицією великим колом називають фактично окружність, площина якої проходить через центр небесної сфери.

Він відрізняється від відомого горизонту на земній поверхні, за який спостерігач приймає лінію перетину небесного зводу з рівною поверхнею Землі.

Строго кажучи, не Місяць обертається навколо Землі, а Земля і Місяць обертаються навколо загального центру ваги, що знаходиться усередині Землі.