Небесна сфера 1986 - енциклопедичний словник юного астронома

небесна сфера

Небесна сфера - уявна сфера довільного радіуса, яка використовується в астрономії для опису взаємних положень світил на небосхилі. Для простоти розрахунків її радіус приймають рівним одиниці; центр небесної сфери в залежності від розв'язуваної задачі поєднують із зіницею спостерігача, з центром Землі, Місяця, Сонця або взагалі з довільною точкою простору.

Подання про небесній сфері виникло в далекій давнині. В основу його лягло зорове враження про існування кришталевого купола неба, на якому нібито укріплені зірки. Небесна сфера в уявленні давніх народів була найважливішим елементом Всесвіту. З розвитком астрономії такий погляд на небесну сферу відпав. Однак закладена в давнину геометрія небесної сфери в результаті розвитку і вдосконалення отримала сучасний вигляд, в якому для зручності різних розрахунків і використовується в астрометрії.

Розглянемо небесну сферу, якою бачать її Спостерігачеві в середніх широтах з поверхні Землі (рис. 1).

Дві прямі, положення яких може бути встановлено експериментально за допомогою фізичних і астрономічних інструментів, грають важливу роль при визначенні понять, пов'язаних з небесною сферою. Перша з них - стрімка лінія; це пряма, що збігається в даній точці з напрямком дії сили тяжіння. Ця лінія, проведена через центр небесної сфери, перетинає її в двох діаметрально протилежних точках: верхня називається зенітом, нижня - надиром. Площина, що проходить через центр небесної сфери перпендикулярно прямовисній лінії, називається площиною математичного (або істинного) горизонту. Лінія перетину цієї площини з небесною сферою називається горизонтом.

Мал. 1. Вид небесної сфери для спостерігача в середніх широтах

Другий прямий служить вісь світу - пряма, що проходить через центр небесної сфери паралельно осі обертання Землі; навколо осі світу відбувається видиме добове обертання всього небосхилу. Точки перетину осі світу з небесною сферою називаються Північним і Південним полюсами світу. Найбільш помітна з зірок поблизу Північного полюса світу - Полярна зірка. Яскравих зірок біля Південного полюса світу немає.

Мал. 2. Форма небесної сфери для спостерігача на полюсах

Мал. 3. Вид небесної сфери для спостерігача на екваторі

Площина, що проходить через центр небесної сфери перпендикулярно осі світу, називається площиною небесного екватора. Лінію перетину цієї площини з небесною сферою називають небесним екватором.

Нагадаємо, що окружність, яка виходить при перетині небесної сфери площиною, що проходить через її центр, називається в математиці великим колом, а якщо площину не проходить через центр, то виходить мале коло. Горизонт і небесний екватор є великі кола небесної сфери і ділять її на два рівних півкулі. Горизонт ділить небесну сферу на видиме і невидиме півкулі. Небесний екватор ділить її відповідно на Північна і Південна півкулі.

При добовому обертанні небосхилу світила обертаються навколо осі світу, описуючи на небесній сфері малі кола, звані добовими паралелями; світила, віддалені від полюсів світу на 90 °, рухаються уздовж великого кола небесної сфери - небесного екватора.

Визначивши прямовисну лінію і вісь світу, неважко дати визначення всім іншим площинах і колам небесної сфери.

Площина, що проходить через центр небесної сфери, в якій одночасно лежать і стрімка лінія, і вісь світу, називається площиною небесного меридіана. Велике коло від перетину цієї площиною небесної сфери називають небесним меридіаном. Та з точок перетину небесного меридіана з горизонтом, яка знаходиться ближче до Північного полюса світу, називається точкою півночі; діаметрально протилежна - точкою півдня. Пряма, що проходить через ці точки, є полуденна лінія.

Точки горизонту, віддалені на 90 ° від точок півночі і півдня, називаються точками сходу і заходу. Ці чотири точки називають головними точками горизонту.

Площині, що проходять через прямовисну лінію, перетинають небесну сферу по великим колам і називаються вертикаль. Небесний меридіан є одним з вертикаллю. Вертикалі органів, перпендикулярний меридіану і проходить через точки сходу і заходу, називають першим вертікалом.

За визначенням три основні площині - математичного горизонту, небесного меридіана і першого вертикалі - взаємно перпендикулярні. Площина ж небесного екватора перпендикулярна лише площині небесного меридіана, утворюючи з площиною горизонту двогранний кут. На географічних полюсах Землі площину небесного екватора збігається з площиною горизонту, а на екваторі Землі стає їй перпендикулярній. У першому випадку, на географічних полюсах Землі, вісь світу збігається з прямовисною лінією і за небесний меридіан може бути прийнятий будь-який з вертикаллю в залежності від умов стоїть завдання. У другому випадку, на екваторі, вісь світу лежить в площині горизонту і збігається з полуденної лінією; Північний полюс світу при цьому збігається з точкою півночі, а Південний полюс світу - з точкою півдня (див. Рис.).

При використанні небесної сфери, центр якої поєднується з центром Землі або будь-якої іншої точкою простору, також виникає ряд особливостей, однак принцип введення основних понять - горизонт, небесний меридіан, перший вертикал, небесний екватор і т. П. - залишається колишнім.

Горизонтальна система небесних координат

Екваторіальна система небесних координат

Основні площині і кола небесної сфери використовуються при введенні горизонтальних, екваторіальних і екліптичних небесних координат. а також при описі особливостей видимого добового обертання світил.

Велике коло, утворений при перетині небесної сфери площиною, що проходить через її центр і паралельній площині земної орбіти, називається екліптикою. По екліптиці відбувається видимий річний рух Сонця. Точка перетину екліптики з небесним екватором, в якій Сонце переходить з Південної півкулі небесної сфери в Північне, називають точкою весняного рівнодення. Протилежна точка небесної сфери називається точкою осіннього рівнодення. Пряма, що проходить через центр небесної сфери перпендикулярно площини екліптики, перетинає сферу в двох полюсах екліптики: Північному полюсі - в Північній півкулі і Південному - в Південній півкулі.