Ночной небосвод астрономы называют небесной сферой . Это название пришло к нам из античности, когда люди всерьез полагали, будто земной шар покоится в центре Вселенной и со всех сторон окружен сферой звезд, выполненной, по мнению некоторых философов, из хрусталя.
Сегодня идеи о небесной сфере кажутся смехотворными, но на самом деле они возникли не «просто так», в результате полета фантазии наших предков, а имели под собой веские основания. Погожим вечером посмотрите внимательно на небо. Обратите внимание на луну и звезды, на их медленное движение с востока на запад. Суточное движение звезд по небу совсем не похоже на движение облаков! Звезды, планеты, а также Луна и Солнца двигаются по дугам окружностей, а не по прямым!
Не зря ведь в языке есть такая фраза - небесный купо л. Небо как бы накрывает нас полусферой, на которой находятся все небесные тела. Это, конечно, кажущееся явление, связанное с чрезвычайной удаленностью от нас звезд и планет. Они так далеки, что, в какую бы сторону неба мы не посмотрели, видятся нам удаленными на одинаковое, почти бесконечное, расстояние. А, как известно из курса геометрии, в которой древние греки разбирались превосходно, множество точек, равноудаленных от центра, образуют сферу!
Термин активно используется в астрономии и сегодня. Более того, небесная сфера, хотя и не существует в действительности, абсолютно необходима для построения системы небесных координат! Система астрономических координат аналогична системе географических координат, только, в отличие от географов, изучающих сферу-Землю снаружи, астрономы изучают небесную сферу изнутри, находясь как бы в ее центре.
Купол небесной сферы и сетка экваториальных координат. Рисунок: Stellarium
Как и на поверхности Земли, на небе тоже есть экватор - это большой круг небесной сферы, плоскость которого совпадает с плоскостью земного экватора. По сути небесный экватор - проекция земного экватора на картину созвездий . Небесный экватор делит небесную сферу на два полушария: северное полушарие, с вершиной в северном полюсе мира, и южное полушарие, с вершиной в южном полюсе мира. Созвездия, через которые проходит небесный экватор, называют экваториальными .
На северном полюсе Земли небесный экватор совпадает с горизонтом, а на небе видны созвездия только северного полушария небесной сферы. На экваторе Земли небесный экватор проходит прямо над головой и можно увидеть звезды обоих полушарий! В наших умеренных широтах небесный экватор проходит не очень высоко над горизонтом; жителям России и соседних стран для наблюдаются все звезды северного полушария небесной сферы и - частично - южного.
Где же проходит экватор по небу?
Зимой и ранней весной очень легко определить положение экватора по созвездию Ориона. Центральную часть этого созвездия составляют три яркие белые звезды, расположенные на одной прямой на небольшом расстоянии друг от друга. Это знаменитый астеризм .
Созвездие Ориона и небесный экватор. Рисунок: Stellarium
Пояс Ориона слегка наклонен в небе: его крайняя правая звезда находится выше крайней левой. Название правой звезды в поясе - Минтака (или дельта Ориона). Она замечательна тем, что находится очень близко к небесному экватору. Склонение Минтаки (величина, аналогичная широте в географии) равно -00° 18′ 27″. Это значит, что звезда находится всего лишь на треть градуса южнее экватора, в южном полушарии неба. Можно сказать, что Минтака - экваториальная звезда.
Небесный экватор проходит вблизи от Пояса Ориона и его крайней правой звезды Минтаки. Рисунок: Stellarium
Пояс Ориона - самый яркий астеризм, находящийся в непосредственной близости от небесного экватора, а Минтака, имеющая блеск 2,40 m , - самая яркая звезда вблизи. На весеннем небе, в созвездии Девы почти на таком же расстоянии от экватора находится звезда дзета Девы (склонение -00° 35′ 45″), но ее блеск значительно ниже (3,35 m). В 2017 году в 7° южнее дзеты Девы находится планета Юпитер.
Глядя на небо, человек не может оценить расстояние до звезд - ведь на небе нет перспективы. Недаром античные и средневековые астрономические воззрения включали в себя такой элемент, как «сфера неподвижных звезд». Звезды представлялись прикрепленными к некой удаленной идеальной сфере и вместе с ней обращались вокруг Земли. У каждой из известных тогда планет, у Луны и Солнца были такие же собственные сферы.
В современной астрономической (астрометрической, навигационной) практике для выяснения местонахождения небесных тел оказывается удобно использовать несуществующую в реальности, а представляющую собой наглядную модель небесную сферу, на которую местоположения светил проецируются и измеряются в сферической системе координат. При таких измерениях, а также при переходе от одной системы координат к другой, небесный экватор - это совершенно необходимый элемент. Об этом - далее.
Что такое небесный экватор
На схеме, изображающей небесную сферу, мы как наблюдатели будем помещаться в ее центре. Линия отвеса, проходящая через наблюдателя и небесную сферу, выделяет на ее поверхности две точки - зенит и надир. На плоскости, перпендикулярной к линии отвеса, располагается математический горизонт (не нужно путать его с земным). Он разделяет небесную сферу на доступное и недоступное для наблюдения полушария.
Через наблюдателя проходит также условная ось мира, вокруг которой вращается эта сфера. Они имеют две общие точки, ключевые для нас - полюсы мира (северный и южный). Перпендикулярно воображаемой оси мира мы можем представить себе плоскость, которой и принадлежит небесный экватор. Это окружность, являющаяся своего рода проекцией экватора земного на окружающую Землю небесную сферу. На нашей планете экватор разделяет поверхность на полушария, соответственно плоскость небесного экватора точно так же сечет небесную сферу.
Стороны света
И математический горизонт, и, конечно же, небесный экватор - это так называемые большие круги небесной сферы, поскольку плоскости их проходят через ее центр. Еще один такой круг - небесный меридиан. Если, в свою очередь, провести через него плоскость, то она пройдет через небесную сферу последовательно в точках, отмечающих местонахождение зенита, северного полюса мира, надира и южного полюса мира.
Теперь посмотрим, как большие круги соотносятся друг с другом. проходит через горизонт в точках N (севера) и S (юга). Соединив их, мы получим линию, именуемую полуденной. Названа она так потому, что в полдень принимает направление, совпадающее с тенью, отбрасываемой отвесно установленным стержнем.
Небесный экватор пересекается с горизонтом в точках E и W, обозначающих восток и запад, а с меридианом в своей наивысшей точке Q (она более близка к зениту и расположена над точкой юга) и в низшей - Q’ (ближе к надиру, находится под точкой севера).
Где находится небесный экватор
Угол, под которым небесный экватор пересекается с линией горизонта (такой же по величине угол образуют между собой ось мира и линия отвеса), может быть различным; численное значение его зависит от положения наблюдателя на земной поверхности.
Располагаясь на земном экваторе, мы обнаружим небесный экватор точно у себя над головой. Он будет идти через точки зенита, востока, надира и запада. Если стоять точно на полюсе, плоскость небесного экватора для нас будет совпадать с плоскостью горизонта.
В средних широтах, чтобы определить положение верхней точки небесного экватора, нужно вычесть из 90° широту, на которой мы находимся в качестве наблюдателя. Встав спиной к полюсу мира, нужно отложить полученную величину по небесному меридиану от горизонта, и искомая точка будет найдена.
Экваториальные созвездия
Вследствие с течением времени положение полюсов мира медленно изменяется. Соответствующим образом смещается и небесный экватор. Это явление приводит к накоплению ошибок в вычислении координат, поэтому в астрометрии введены эпохи - точные даты с шагом обычно в 50 лет, к которым привязываются звездные карты.
В современную астрономическую эпоху (J2000) экватор пересекает области нижеперечисленных созвездий в следующем порядке: Рыбы, Кит, Эридан, Телец, Орион, Единорог, Малый Пес, Гидра, Секстант, Лев, Дева, Весы, Змееносец, Змея, Орел, Водолей. С их помощью можно найти на небе линию экватора.
Например, Орион - настоящая россыпь драгоценностей на зимнем небе. Его характерный облик, образованный одними из самых ярких звезд, узнается очень легко. Линия небесного экватора пересекает это созвездие вблизи трех центральных светил, называемых Поясом Ориона. Летом поможет небесный экватор проходит немного ниже яркой Альфы Орла - Альтаира. Так что узнаваемые созвездия подскажут наблюдателю, где находится небесный экватор.
НЕБЕСНАЯ СФЕРА 1: НЕБЕСНЫЙ ЭКВАТОР
В давние времена астрономы предполагали, что все звезды прикреплены к невидимой сфере, называемой небесной и окружающей Землю, как показано на рисунке внизу. Земля вращается вокруг своей оси с постоянной скоростью, совершая один оборот каждые 24 часа, что соответствует 15° в час, так как полный оборот Земли составляет 360°. Древние астрономы считали, что Земля закреплена в центре небесной сферы, которая, по их представлениям, совершала полный оборот с постоянной скоростью каждые 24 часа, увлекая за собой неподвижные звезды.
Полярная звезда расположена прямо над Северным полюсом Земли. Можно представить, что ось вращения небесной сферы проходит через Полярную звезду. Небесный экватор представляет собой проекцию земного экватора на небесную сферу. Большой круг небесной сферы - это круг, который проходит через оба ее полюса.
Положение звезды на небесной сфере определяется двумя координатами. Склонением называется угол между направлением из центра небесной сферы на данную звезду и плоскостью небесного экватора. Звезды, расположенные к северу от небесного экватора, имеют положительное склонение; звезды, расположенные к югу от небесного экватора, - отрицательное. Второй координатой является прямое восхождение - угол между определенной точкой на небесном экваторе, известной как первая точка Овна (Y), и большим кругом склонения, проходящим через данную звезду. Эта координата соответствует земной долготе.
Прямое восхождение обычно обозначается в часах, соответствующих временному интервалу между прохождением первой точки Овна через меридиан наблюдателя (большой круг от севера на юг через точку, находящуюся непосредственно над наблюдателем, и Полярную звезду) и прохождением звезды, пересекающей меридиан наблюдателя с востока на запад. Другими словами, прямое восхождение отсчитывается в часовой мере в направлении, обратном направлению вращения звездного неба.
См. также статью "Звездное и солнечное время".
Из книги Энциклопедический словарь (Х-Я) автора Брокгауз Ф. А.Экватор небесный Экватор небесный – большой круг небесной сферы, которого плоскость перпендикулярна к линии, соединяющей полюсы сферы, и параллельна плоскости земного Э. Служит основной плоскостью для счета склонений и прямых восхождений
Из книги Большая Советская Энциклопедия (ГА) автора БСЭ Из книги Большая Советская Энциклопедия (ГЛ) автора БСЭ Из книги Большая Советская Энциклопедия (НЕ) автора БСЭ Из книги Большая Советская Энциклопедия (ТЕ) автора БСЭ Из книги Большая Советская Энциклопедия (ЭК) автора БСЭ Из книги Твоя пивная автора Маслякова Елена Владимировна Из книги Красно-синий – самый сильный! автора Целых Денис Из книги Астрономия автора Брейтот Джим Из книги Универсальный карманный справочник медицинских препаратов автора Ризо Елена Александровна Из книги Шедевры русских художников автора Евстратова Елена Николаевна Из книги автора Из книги автораНЕБЕСНАЯ СФЕРА 2: ЭКЛИПТИКА Земная ось наклонена по отношению к Полярной звезде. Северный полюс Земли наклонен к Солнцу в июне и от Солнца в декабре.Если бы свет Солнца был гораздо более слабым, можно было бы наблюдать за его прохождением через созвездия, как показано на
Из книги автораНЕБЕСНАЯ СФЕРА 3: НЕЗАХОДЯЩИЕ ЗВЕЗДЫ Полярную звезду можно видеть в любую ясную ночь в Северном полушарии в любое время года. Долгота Полярной звезды (то есть угол между направлением на нее и горизонтом) равна широте, на которой находится наблюдатель. К примеру,
Из книги автораЭкватор Антигипертензивный препарат.Лекарственная форма. Таблетки белого цвета.Состав. Лизиноприла дигидрат, 10,88 мг, что соответствует содержанию лизиноприла 10 мг; амлодипина безилат, 6,94 мг, что соответствует содержанию амлодипина 5 мг. Вспомогательные вещества:
Из книги автораНебесный бой 1912. Картон, темпера. Государственный Русский музей, Санкт-ПетербургНад бескрайним суровым северным пейзажем, где среди озер и холмов приютились древние жилища, теснятся, словно грандиозные приведения, тучи. Они набегают друг на друга, сталкиваются,
§ 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.
Произвольного радиуса, на которую проецируются небесные светила: служит для решения различных астрометрических задач. За центр небесной сферы, как правило, принимают глаз наблюдателя. Для находящегося на поверхности Земли наблюдателя вращение небесной сферы воспроизводит суточное движение светил на небе. Площадь небесной сферы с учетом непостоянства значения размеров дуги равных склонений составляет 41252.96 кв. градусов.
Радиус небесной сферы может быть принят каким угодно: в целях упрощения геометрических соотношений его полагают равным единице. В зависимости от решаемой задачи центр небесной сферы может быть помещен в место:
- где находится наблюдатель (топоцентрическая небесная сфера),
- в центр Земли (геоцентрическая небесная сфера),
- в центр той или иной планеты (планетоцентрическая небесная сфера),
- в центр Солнца (гелиоцентрическая небесная сфера) или в любую др. точку пространства.
Каждому светилу на небесной сфере соответствует точка, в которой её пересекает прямая, соединяющая центр небесной сферы со светилом (с его центром). При изучении взаимного расположения и видимых движений светил на небесной сфере выбирают ту или иную систему координат), определяемую основными точками и линиями. Последние обычно являются большими кругами небесной сферы. Каждый большой круг сферы имеет два полюса, определяющиеся на ней концами диаметра, перпендикулярного к плоскости данного круга.
История
Представление о Небесной сфере возникло в глубокой древности; в основу его легло зрительное впечатление о существовании куполообразного небесного свода. Это впечатление связано с тем, что в результате огромной удалённости небесных светил человеческий глаз не в состоянии оценить различия в расстояниях до них, и они представляются одинаково удалёнными. У древних народов это ассоциировалось с наличием реальной сферы, ограничивающей весь мир и несущей на своей поверхности многочисленные звёзды. Таким образом, в их представлении небесная сфера была важнейшим элементом Вселенной. С развитием научных знаний такой взгляд на небесную сферу отпал. Однако заложенная в древности геометрия небесной сферы в результате развития и совершенствования получила современный вид, в котором и используется в астрометрии.
Названия важнейших точек и дуг на небесной сфере
Отвесная линия и связанные с ней (производные) понятия
Отвесная линия
Отве́сная ли́ния (или вертика́льная ли́ния ) - прямая , проходящая через центр небесной сферы и совпадающая с направлением нити отвеса в месте наблюдения. Для наблюдателя, находящегося на поверхности Земли , отвесная линия проходит через центр Земли и точку наблюдения.
Зенит и надир
Отвесная линия пересекается с поверхностью небесной сферы в двух точках - зени́те , над головой наблюдателя, и нади́ре - диаметрально противоположной точке.
Математический горизонт
Математи́ческий горизо́нт - большой круг небесной сферы, плоскость которого перпендикулярна к отвесной линии. Математический горизонт делит поверхность небесной сферы на две половины: видимую для наблюдателя, с вершиной в зените, и невидимую , с вершиной в надире. Математический горизонт, вообще говоря, не совпадает с видимым горизонтом вследствие неровности поверхности Земли и различной высотой точек наблюдения, а также искривления лучей света в атмосфере.
Вращение небесной сферы и связанные (производные) понятия
Ось мира
P,P" - полюсы мира, T,T" - точки равноденствия, E,C - точки солнцестояния, П,П" - полюса эклиптики, PP" - ось мира, ПП" - ось эклиптики, ATQT"- небесный экватор, ETCT" - эклиптика
Ось ми́ра - воображаемая линия, пересекающая небесную сферу в северном и южном полюсах (вокруг неё происходит вращение небесной сферы).
Полюсы мира
Ось мира пересекается с поверхностью небесной сферы в двух точках - се́верном по́люсе ми́ра и ю́жном по́люсе ми́ра . Северным полюсом называется тот, со стороны которого вращение небесной сферы происходит по часовой стрелке, если смотреть на сферу извне .
Если смотреть на небесную сферу изнутри , (что мы обычно и делаем, наблюдая звёздное небо), то в окрестности северного полюса мира её вращение происходит против часовой стрелки, а в окрестности южного полюса мира -- по часовой стрелке.
Небесный экватор
Небе́сный эква́тор - большой круг небесной сферы, плоскость которого перпендикулярна оси мира. Небесный экватор делит поверхность небесной сферы на два полушария: се́верное полуша́рие , с вершиной в северном полюсе мира, и ю́жное полуша́рие , с вершиной в южном полюсе мира.
Термины, рождаемые в пересечениях понятий "Отвесная линия" и "Вращение небесной сферы"
Точки востока и запада
Небесный экватор пересекается с математическим горизонтом в двух точках: то́чке восто́ка и то́чке за́пада . Точкой востока называется та, в которой точки вращающейся небесной сферы пересекают математический горизонт, переходя из невидимой полусферы в видимую.
Небесный меридиан
Небе́сный меридиа́н - большой круг небесной сферы, плоскость которого проходит через отвесную линию и ось мира. Небесный меридиан делит поверхность небесной сферы на два полушария - восто́чное полуша́рие , с вершиной в точке востока, и за́падное полуша́рие , с вершиной в точке запада.
Полуденная линия
Полу́денная ли́ния - линия пересечения плоскости небесного меридиана и плоскости математического горизонта.
Точки севера и юга
Небесный меридиан пересекается с математическим горизонтом в двух точках: то́чке се́вера и то́чке ю́га . Точкой севера называется та, которая ближе к северному полюсу мира.
Эклиптика
Экли́птика - большой круг небесной сферы, пересечение небесной сферы и плоскости орбиты центра масс системы Земля - Луна. С большой точностью по эклиптике происходит видимое годовое движение Солнца по небесной сфере. Плоскость эклиптики пересекается с плоскостью небесного экватора под углом ε = 23°26". Северный полюс эклиптики находится в созвездии Дракона с экваториальными координатами: R.A. = 18h00m, Dec = +66°33". Примечательно, что недалеко от северного полюса эклиптики расположена планетарная туманность Кошачий Глаз (NGC6543) .
α = 192,85948° β = 27,12825°
называется се́верным галакти́ческим по́люсом , а диаметрально противоположная ей точка - ю́жным галакти́ческим по́люсом .
Большой круг небесной сферы, плоскость которого перпендикулярна линии, соединяющей галактические полюсы, называется галакти́ческим эква́тором .
Названия дуг на небесной сфере, связанные с положением светил
Альмукантарат
Альмукантара́т - араб. круг равных высот
Альмукантарат светила - малый круг небесной сферы, проходящий через светило, плоскость которого параллельна плоскости математического горизонта.
Вертикальный круг
Круг высоты́ или вертика́льный круг или вертика́л светила - большой полукруг небесной сферы, проходящий через зенит, светило и надир.
Суточная параллель
Су́точная паралле́ль светила - малый круг небесной сферы, проходящий через светило, плоскость которого параллельна плоскости небесного экватора. Видимые суточные движения светил совершаются по суточным параллелям.
Круг склонения
Круг склоне́ния светила - большой полукруг небесной сферы, проходящий через полюсы мира и светило.
