Небесна сфера

loading...

За решаването на практически задачи по определяне местоположението на звездите, движението на планетите и др., в астрономията се използва понятието небесна сфера.

Небесна сфера е сфера с произволно голям радиус, в центъра на която се намира наблюдателя. Положението на центъра също е произволно. Сферичната астрономия не се интересува от разстоянията до обектите, а от техните проекции върху небесната сфера. Следователно небесната сфера има две основни свойства:

  1. Ъгловите разстояния не зависят от радиуса на сферата.
  2. Центърът се избира произволно и може да е свързан с наблюдателя, Земята, Слънцето.

Под ъглово разстояние между две точки от небесната сфера се разбира ъгълът сключен между лъчите в направление на тези точки и очите на наблюдателя.

В астрономията се използват следните единици за измерване на ъглови разстояния:
Радиан - това е централен ъгъл, на който съответства дъга с дължина, равна на радиуса й. 1 радиан е равен на 57°17'45".
Градус - централен ъгъл, съответстващ на 1/360 част от окръжността. Един дъгов градус 1° =60' , една дъгова минута 1' = 60'' .
Час - централен ъгъл, съответстващ на 1/24 част от окръжността. 1h = 15° = 60m. Една минута в часова мярка е равна на 15 дъгови минути. 1m = 15', 1s = 15".

В резултат от реалното въртене на Земята в посока от запад към изток - директна посока, небесната сфера ни изглежда да се върти заедно с всички обекти по нея в обратна посока от изток към запад - ретроградна посока. За произволен наблюдател изглежда, че небесната сфера се върти около една ос съвпадаща със земната ос. Небесната ос пробожда небесната сфера в две точки съответно северен и южен небесен полюс т. Р и Р'.

Основни линии на небесната сфера:
Сечението на сфера с равнина минаваща през нейния център се нарича голям кръг. Сечението на сфера с равнина неминаваща през нейния център се нарича малък кръг. На небесната сфера имаме следните важни големи кръгове:

  • Математически хоризонт
  • Небесен екватор
  • Еклиптика
  • Небесен меридиан


Математическият хоризонт /NS/ е голям кръг, перпендикулярен на една отвесна линия, прекарана през точката на наблюдение и пресичаща небесната сфера в две точки Z и Z' съответно зенит и надир. Математическият хоризонт разделя небесната сфера на видима и невидима половина. Точките N и S са съответно северна и южна точка, те са пресечни точки на МХ и меридиана, а пресечните точки на МХ и небесния екватор E и W са съответно източна и западна точки.
Небесен екватор /ЕQ/ е голям кръг перпендикулярен на световната ос. Небесен меридиан голям кръг на небесната сфера минаващ през северния световен полюс P, зенита Z, южния световен полюс P' и надира Z'.
Еклиптика представлява видимия годишен път на слънчевият диск по небесната сфера. Това движение е свързано с годишното движение на Земята около Слънцето. Еклиптиката пресича небесния екватор в две точки g и g' съответно пролетна и есенна равноденствени точки. Еклиптиката сключва с небесния екватор ъгъл, приблизително равен на 23°27'. Движейки се по еклиптиката Слънцето идва в g около 21 март, а в g' около 23 септември. Тогава то става точка от небесния екватор и при денонощното въртене на небесната сфера ще остава толкова време над хоризонта, колкото и под него. Точките e и q от еклиптиката, разположени на по 90° от равноденствията се наричат точки на зимното и лятно слънцестояние.

Хоризонтални координати

При тази координатна система за основна плоскост се взема плоскостта на хоризонта. За да фиксираме положението на една звезда в тази координатна система, прекарваме през звездата и зенита голям кръг наречен вертикал. Двете сферични координати, чрез които се фиксира положението на звездата, са: дъгата АВ=h, наречена височина, и дъгата SB=А, наречена азимут. Азимутът е дъга от хоризонта между вертикала на звездата и меридиана на мястото.

Височината се измерва от хоризонта към зенита или надира от 0° до ± 90°. Положителна е когато звездата е над хоризонта и отрицателна когато е под хоризонта. Височината АВ често се заменя с дъгата ZA от вертикала на звездата наречена зенитно отстояние-z. z =90° - h. Азимутът А-се брои от S в посока юг-запад-север-изток от 0° до 360°.

Неудобството на хоризонталните координати е, че се променят непрекъснато с денонощното въртене на небесната сфера. Отчитайки тези координати ние трябва да определим точно и времето защото те се отнасят само за този момент. Освен това хоризонталните координати имат локален характер и са различни за различните наблюдатели по земната повърхност. За избягване на тези неудобства се въвежда екваториална координатна система.

Екваториални координати

Има две системи екваториални координати. И при двете за основна плоскост се взема тази на небесния екватор. При първата система през звездата и небесния полюс прекарваме един голям кръг РАВ, наречен деклинационен или часови кръг на звездата. Частта ВА от този голям кръг е първата сферична координата - деклинацията b на звездата. Освен деклинацията често се използва полярното отстояние на звездата р=РА=90° - b. Деклинацията се брои от 0° до ± 90°. Тя е положителна, когато звездата се намира в северното полукълбо и отрицателна, когато се намира в южното полукълбо. Деклинацията на зенита е равна на географската ширина. Дъгата BQ по екватора между деклинационния кръг и меридиана съответства на ъгъл t наречен часови ъгъл. Това е втората координата. Измерва се от меридиана в посока запад-север-изток, от 0° до 360°, но може да се измерва и във време. Деклинацията на една звезда е неизменна с времето и не зависи от географското местоположение, докато часовия ъгъл нараства с времето, а освен това в един и същ момент е различен за две точки от земната повърхност, лежащи на различни меридиани. За да получим втора константна координата е необходимо да изберем постоянна точка от небесния екватор, участваща заедно със звездите з денонощното въртене на небесната сфера.

При втората система като първа координата се взема отново деклинацията. Втората координата се определя от дъгата gВ, където g е пролетната равноденствена точка. Нарича се ректасцензия. Брои се от пролетната равноденствена точка в посока от запад към изток от 0° до 360°, но може да се измерва и във време. В така въведената координатна система и двете координати са константни за всяка звезда. Ако искаме обаче да знаем положението на дадена звезда в определен момент, трябва да знаем часовия ъгъл на g в същия този момент. Този часови ъгъл z на g се нарича звездно време.

Еклиптични координати

Както показва и името тук за основна равнина се взема плоскостта на еклиптиката. Големите кръгове, минаващи през полюсите на еклиптиката се наричат кръгове на широчината. През звездата и еклиптичните полюси прекарваме един голям кръг. Дъгата АВ от този кръг е първата координата-широчина на звездата-b. Изменя се от 0° при еклиптиката до ± 90°. Положителна е, когато звездата е на север от еклиптиката и отрицателна, когато е на юг. За втора координата служи дъгата gВ от самата еклиптика. Брои се от пролетната равноденствена точка в посока към изток от 0° до 360° и се нарича дължина на звездата - l. Малките кръгове от небесната сфера, успоредни на екватора и минаващи през точките на слънцестоянията q и e, се наричат съответно тропик на Рака и тропик на Козирога. Първият е в северната полусфера, а втория - в южната.