Небесная сфера и ее точки. Основные точки и круги небесной сферы

Под небесной сферой принято понимать сферу произвольного радиуса, центр которой находится в точке наблюдения, и на поверхность этой сферы проецируются все окружающие нас небесные тела или светила

Вращение небесной сферы для наблюдателя, находящегося на поверхности Земли, воспроизводит суточное движение светил на небе

ZOZ " – отвесная (вертикальная) линия,

SWNE – истинный (математический) горизонт,

aMa " – альмукантарат,

ZMZ " – круг высоты (вертикальный круг), или вертикал

POP " – ось вращения небесной сферы (ось мира),

P – северный полюс мира,

P " – южный полюс мира,

Ð PON = j (широта места наблюдения),

QWQ " E – небесный экватор,

bMb " – суточная параллель,

PMP " – круг склонения,

PZQSP " Z " Q " N – небесный меридиан,

NOS – полуденная линия

4.Системы небесных координат (горизонтальная, первая ивторая экваториальные, эклиптическая).

Поскольку радиус небесной сферы произволен, положение светила на небесной сфере однозначно определяется двумя угловыми координатами, если задана основная плоскость и начало отсчёта.

В сферической астрономии используются следующие системы небесных координат:

Горизонтальная, 1-я экваториальная,2-я экваториальная, Эклиптическая

Горизонтальная система координат

Основная плоскость – плоскость математического горизонта

1)ÐmOM = h (высота)

0 £ h £ 90 0

–90 0 £ h £ 0

или ÐZOM = z (зенитное расстояние)

0 £ z £ 180 0

z + h = 90 0

2) ÐSOm = A (азимут)

0 £ A £ 360 0

1-я экваториальная система координат

Основная плоскость – плоскость небесного экватора

1) ÐmOM = d (склонение)

0 £ d £ 90 0

–90 0 £ d £ 0

или ÐPOM = p (полюсное расстояние)

0 £ p £ 180 0

p + d = 90 0

2) ÐQOm = t (часовой угол)

0 £ t £ 360 0

или 0 h £ t £ 24 h

Все горизонтальные координаты (h , z , A ) и часовой угол t первой экваториальной СК непрерывно изменяются в процессе суточного вращения небесной сферы.

Склонение d не изменяется.

Необходимо ввести вместо t такую экваториальную координату, которая бы отсчитывалась от фиксированной на небесной сфере точки.

2-я экваториальная система координат

Основная плоскость – плоскость небесного экватора

1) ÐmOM = d (склонение)

0 £ d £ 90 0

–90 0 £ d £ 0

или ÐPOM = p (полюсное расстояние)

0£ p £ 180 0

p + d = 90 0

2) Ð ¡Om = a (прямое восхождение)

или 0 h £ a £ 24 h

Горизонтальная СК используется для определения направления на светило относительно земных объектов.

1-я экваториальная СК используется преимущественно при определении точного времени.

2-я экваториальная СК является общепринятой в астрометрии.

Эклиптическая СК

Основная плоскость – плоскость эклиптики E¡E"d

Плоскость эклиптики наклонена к плоскости небесного меридиана под углом ε = 23 0 26"

ПП" – ось эклиптики

E – точка летнего солнцестояния

E" – точка зимнего солнцестояния

1) ¡m = λ (эклиптическая долгота)

2) mM = b (эклиптическая широта)

5.Суточное вращение небесной сферы на разных широтах исвязанные с ним явления. Суточное движение Солнца. Смена сезонов и тепловыепояса.

Измерения высоты Солнца в полдень (т.е. в момент его верхней кульминации) на одной и той же географической широте показали, что склонение Солнца d Ÿ в течение года изменяется в пределах от +23 0 36" до –23 0 36", два раза проходя через нуль.

Прямое восхождение Солнца a Ÿ на протяжении года также постоянно изменяется от 0 до 360 0 или от 0 до 24 h .

Рассматривая непрерывное изменение обеих координат Солнца, можно установить, что оно перемещается среди звёзд с запада на восток по большому кругу небесной сферы, который называется эклиптикой .

20-21 марта Солнце находится в точке ¡, его склонение δ Ÿ = 0 и прямое восхождение a Ÿ = 0. В этот день (весеннего равноденствия) Солнце восходит точно в точке E и заходит в точке W . Максимальная высота центра Солнца над горизонтом в полдень этого дня (верхняя кульминация): h Ÿ = 90 0 – φ + δ Ÿ = 90 0 – φ

Затем Солнце сдвинется по эклиптике ближе к точке E, т.е. δ Ÿ > 0 и a Ÿ > 0.

21-22 июня Солнце находится в точке E, его склонение максимально δ Ÿ = 23 0 26", а прямое восхождение a Ÿ = 6 h . В полдень этого дня (летнего солнцестояния) Солнце поднимается на максимальную высоту над горизонтом: h Ÿ = 90 0 – φ + 23 0 26"

Т.о., в средних широтах Солнце НИКОГДА не бывает в зените

Широта Минска φ = 53 0 55"

Затем Солнце сдвинется по эклиптике ближе к точке d, т.е. δ Ÿ начнёт уменьшаться

Около 23 сентября Солнце придёт в точку d, его склонение δ Ÿ = 0, прямое восхождение a Ÿ = 12 h . Этот день (начало астрономической осени) называется днём осеннего равноденствия.

22-23 декабря Солнце окажется в точке E", его склонение минимально δ Ÿ = – 23 0 26", а прямое восхождение a Ÿ = 18 h .

Максимальная высота над горизонтом: h Ÿ = 90 0 – φ – 23 0 26"

Изменение экваториальных координат Солнца в течение года происходит неравномерно.

Склонение изменяется быстрее всего при движении Солнца вблизи точек равноденствий, и медленнее всего – вблизи точек солнцестояний.

Прямое восхождение, наоборот, медленнее изменяется вблизи точек равноденствий, и быстрее – вблизи точек солнцестояний.

Видимое движение Солнца по эклиптике связано с действительным движением Земли по своей орбите вокруг Солнца, а также с тем фактом, что ось вращения Земли не перпендикулярна плоскости её орбиты, а составляет угол ε = 23 0 26".

Если бы ε = 0, то на любой широте в любой день года день был бы равен ночи (без учёта рефракции и размера Солнца).

Полярные дни, длящиеся от 24 h до полугода и соответствующие ночи, наблюдаются за полярными кругами, широты которых определяются условиями:

φ = ±(90 0 – ε) = ± 66 0 34"

Положение оси мира и, следовательно, плоскости небесного экватора, а также точек ¡ и d не постоянно, а периодически изменяется.

Вследствие прецессии земной оси ось мира описывает конус вокруг оси эклиптики с углом раствора ~23,5 0 за 26 000 лет.

Вследствие возмущающего действия планет кривые, описываемые полюсами мира, не замыкаются, а стягиваются в спираль.

Т

.к. и плоскость небесного экватора, и плоскость эклиптики медленно изменяют свое положение в пространстве, то точки их пересечения (¡ и d) медленно перемещаются к западу.

Скорость перемещения (общая годовая прецессия в эклиптике) за год: l = 360 0 /26 000 = 50,26"".

Общая годовая прецессия в экваторе: m = l cos ε = 46,11"".

В начале нашей эры точка весеннего равноденствия находилась в созвездии Овна, от которого и получила своё обозначение (¡), а точка осеннего равноденствия – в созвездии Весов (d). С тех пор точка ¡ переместилась в созвездие Рыб, а точка d – в созвездие Девы, но их обозначения остались прежними.

Небесная сфера - это воображаемая сферическая поверхность произвольного радиуса, в центре которой находится наблюдатель. Небесные тела проектируются на небесную сферу .

Из-за малых размеров Земли, в сравнении с расстояниями до звезд, наблюдателей, расположенных в разных местах земной поверхности, можно считать находящимися в центре небесной сферы . В действительности никакой материальной сферы, окружающей Землю, в природе не существует. Небесные тела движутся в беспредельном мировом пространстве на самых различных расстояниях от Земли. Эти расстояния невообразимо велики, наше зрение не в состоянии их оценить, поэтому человеку все небесные тела представляются одинаково удаленными.

За год Солнце описывает большой круг на фоне звездного неба. Годичный путь Солнца по небесной сфере называется эклиптикой. Перемещаясь по эклиптике . Солнце в равноденственных точках дважды пересекает небесный экватор. Это бывает 21 марта и 23 сентября.

Точка небесной сферы, которая остается неподвижной при суточном движении звезд, условно называется северным полюсом мира. Противоположная точка небесной сферы называется южным полюсом мира. Жители северного полушария его не видят, т. к. он находится под горизонтом. Отвесная линия, проходящая через наблюдателя, пересекает небо над головой в точке зенита и в диаметрально противоположной точке, называемой надиром.

Ось видимого вращения небесной сферы, соединяющую оба полюса мира и проходящую через наблюдателя, называют осью мира. На горизонте под северным полюсом мира лежит точка севера , диаметрально противоположная ей точка - точка юга . Точки востока и запада лежат на линии горизонта и отстоят от точек севера и юга на 90°.

Плоскость, проходящая через центр сферы перпендикулярно оси мира, образует плоскость небесного экватора , параллельную плоскости земного экватора. Плоскость небесного меридиана проходит через полюсы мира, точки севера и юга, зенит и надир.

Небесные координаты

Система координат, в которой отсчет производится от плоскости экватора, называется экваториальной . Угловое расстояние светила от небесного экватора называется , которое меняется от -90° до +90°. Склонение считается положительным к северу от экватора и отрицательным к югу. измеряется углом между плоскостями больших кругов, один из которых проходит через полюсы мира и данное светило, второй — через полюсы мира и точку весеннего равноденствия, лежащую на экваторе.

Горизонтальные координаты

Угловым расстоянием называется расстояние между объектами на небе, измеряемое углом, который образован лучами, идущими к объекту из точки наблюдения. Угловое расстояние светила от горизонта называют высотой светила над горизонтом. Положение светила относительно сторон горизонта называется азимутом. Отсчет ведется от юга по часовой стрелке. Азимут и высоту светила над горизонтом измеряют теодолитом. В угловых единицах выражают не только расстояния между небесными объектами, но и размеры самих объектов. Угловое расстояние полюса мира от горизонта равно географической широте местности.

Высота светил в кульминации

Явления Прохождения светил через небесный меридиан называются кульминациями. Нижней кульминацией называется прохождение светил через северную половину небесного меридиана. Явление прохождения светилом южной половины небесного меридиана называется верхней кульминацией. Момент верхней кульминации центра Солнца называется истинным полднем, а момент нижней кульминации — истинной полночью. Промежуток времени между кульминациями - полсуток .

У незаходящих светил над горизонтом видны обе кульминации, у восходящих и заходящих нижняя кульминация происходит под горизонтом, ниже точки севера. Каждая звезда кульминирует в данной местности всегда на одной и той же высоте над горизонтом, потому что ее угловое расстояние от полюса мира и от небесного экватора не меняется. Солнце же и Луна меняют высоту, на
которой они кульминируют .

Небо полночное звезд мириадами
Взорам бессонным блестит,
Дивный венец его светит Плеядами,
Альдебараном горит.
Пышных тех звезд красоту лучезарную
Бегло мой взор миновал,
Все облетел, но, упав на Полярную,
Вдруг, как прикованный, стал.
Вижу: светил хоровод обращается -
Ты неподвижна одна.
Лик неба синего чудно меняется -
Ты неизменно верна.
Не от того ли так сердцу мечтателя
Мил твой таинственный луч?
Молви: не ты ли в деснице создателя,
Звездочка, вечности ключ?
В. Бенедиктов

Урок 3/3

Тема: Изменение вида звездного неба в течении суток

Цель: Познакомить учащихся с небесной средой и ее вращением, ориентировкой по небу. Рассмотреть горизонтальную систему координат, изменение координаты и понятие кульминации светил, перевод градусной меры в часовую и обратно.

Задачи :
1. Обучающая : ввести понятия: суточное движение светил; небесной сферы и горизонтальной системы координат; прецессии; заходящие, невосходящие, незаходящие светила; кульминация, продолжить формирование умения работать с ПКЗН и астрономических способах ориентирование на местности по звездам. Об астрономических методах исследований астрономических наблюдениях и измерениях и угломерных астрономических инструментах (высотомер, теодолит и т.д.). О космических явлении - вращении Земли вокруг своей оси и об ее следствиях - небесных явлениях: восходе, заходе, суточном движении и кульминациях светил (звезд).
2. Воспитывающая : содействовать формированию навыка выявления причинно-следственных связей, о практических способах применения астрометрических знаний.
3. Развивающая : используя проблемные ситуации, подвести учащихся к самостоятельному выводу, что вид звездного неба не остается одинаковым в течении суток, формирование вычислительных навыков в переводе градусной меры в часовую и обратно. Формирование умений: применять подвижную карту звездного неба, звездные атласы, Астрономический календарь для определения положения и условий видимости небесных светил и протекания небесных явлений; находить на небе Полярную звезду и ориентироваться по ней на местности.

Знать : 1-й уровень (стандарт) - понятие небесной сферы и направление вращения неба, характерные точки и линии небесной сфера, небесный меридиан, вертикал, горизонтальную систему координат, зенитное расстояние, понятие кульминации светила и прецессии, перевода градусной меры в часовую и обратно. Использовать угломерные астрономические инструменты: теодолит, высотомер. Находить на небе основные созвездия и наиболее яркие звезды, видимые в это время года в данное время в данной местности. 2-й уровень - понятие небесной сферы и направление вращения неба, характерные точки и линии небесной сфера, небесный меридиан, вертикал, горизонтальную систему координат, зенитное расстояние, понятие кульминации светила и их деление, прецессии, перевода градусной меры в часовую и обратно. Использовать угломерные астрономические инструменты: теодолит, высотомер. Находить на небе основные созвездия и наиболее яркие звезды, видимые в это время года в данное время в данной местности. Уметь: 1-й уровень (стандарт) -строить небесную сферу с отметкой характерных точек и линий, показать на сфере горизонтальные координаты, суточные параллели звезд, показать точки кульминации, производить простейший перевод часовой меры в градусную и обратно, показать на ПКЗН созвездия и яркие звезды, применять знания основных понятий для решения качественных задач.Находить на небе Полярную звезду и ориентироваться на местности по Полярной звезде. 2-й уровень - строить небесную сферу с отметкой характерных точек и линий, показать на сфере горизонтальные координаты, суточные параллели звезд по их делению, показать точки кульминации и зенитное расстояние, производить перевод часовой меры в градусную и обратно, находить по ПКЗН созвездия и яркие звезды, кульминацию звезд в определенный промежуток времени, применять знания основных понятий для решения качественных задач. Находить на небе Полярную звезду и ориентироваться на местности по Полярной звезде и с помощью карты звездного неба; находить на небе основные созвездия и наиболее яркие звезды, видимые в это время года в данное время в данной местности; использовать подвижную карту звездного неба, звездные атласы, справочники, Астрономический календарь для определения положения и условий видимости небесных светил и протекания небесных явлений. 2-й уровень - понятие небесной сферы и направление вращения неба, характерные точки и линии небесной сфера, небесный меридиан, вертикал, горизонтальную систему координат, зенитное расстояние, понятие кульминации светила и их деление, прецессии, перевода градусной меры в часовую и обратно. Использовать угломерные астрономические инструменты: теодолит, высотомер. Находить на небе основные созвездия и наиболее яркие звезды, видимые в это время года в данное время в данной местности.

Оборудование:

Ход урока:

1. Повторение материала (8-10мин)

1)Анализ с/р с прошлого урока (рассмотреть задание, вызвавшие затруднение).
2)Диктант.

1. Сколько всего созвездий на небе? .
2. Сколько звезд можно насчитать невооруженным глазом на небе? [около 6000].
3. Запишите название любого созвездия.
4. Какой буквой обозначается самая яркая звезда? [α-альфа].
5. В состав какого созвездия входит Полярная звезда? [М.Медведица].
6. Какие виды телескопов вы знаете? [рефлектор, рефрактор, зеркально-линзовый].
7. Назначение телескопа. [увеличивает угол зрения, собирает большие света].
8. Назовите известные вам типы небесных тел. [планеты, спутники, кометы и т.д].
9. Назовите любую, известную вам звезду.
10. Специальные научно - исследовательское учреждение для наблюдений. [обсерватория].
11. Чем характеризуется звезда на небе в зависимости от видимой яркости. [звездные величины].
12. Светлая полоса, пересекающая небо и видимая в яркую звездную ночь.[Млечный путь].
13. Как определить направление на север? [по Полярной зезде].
14. Расшифруйте запись Регул (α Льва). [созвездие Льва, звезда α, Регул].
15. Какая звезда ярче на небе α или β? [α].

Оценивается: “5” ≥ 14, “4” ≥ 11, “3” ≥8 ПКЗН, модель небесной сферы. Астрономический календарь. Фото околополярной области неба. Таблица перевода градусной меры в часовую. CD- "Red Shift 5.1" (видеофрагмент = Экскурсии - Звездные острова - Ориентировка на небе, Рассказы - Небесная сфера).

II. Новый материал(15 мин)

А) Ориентировка на небе CD- "Red Shift 5.1" (видеофрагмент = Экскурсии - Звездные острова - Ориентировка на небе), хотя можно было этот раздел включить на 2-м уроке.
	" Кто знает, как найти в небе Полярную звезду?". Чтобы найти Полярную звезду, нужно через звезды Большой Медведицы (первые 2 звезды "ковша") мысленно провести прямую линию и отсчитать по ней 5 расстояний между этими звездами. В этом месте рядом с прямой мы увидим звезду, почти одинаковую по яркости со звездами "ковша" - это и есть Полярная звезда (рис слева).		Обзор звездного неба на 15 сентября, 21 час. Летний (летне-осенний) треугольник = звезда Вега (a Лиры, 25,3 св. лет), звезда Денеб (a Лебедя, 3230 св. лет), звезда Альтаир (a Орла, 16,8 св. лет).

	Б) Фото околополярной области неба.
	1) Звезда - светлый след, за сутки круг 2) Центр близок к Полярной звезде	суточное вращение небосвода - положение звезд относительно друг друга не меняется
	Наблюдаемое суточное вращение небесной сферы (с востока на запад) - кажущееся явление, отражающее действительное вращение земного шара вокруг своей оси (с запада на восток). // подсказка - суточное вращение по движению Солнца//.
В действительности звезды движутся в пространстве и расстояние до них различно. Ведь если например оценить на глаз расстояние до деревьев за окном. Какое из них ближе к нам? Насколько? А теперь мысленно будем удалять эти два дерева. До 500 м человек уверенно определяет различия в расстояниях до предметов, а максимум до 2 км. А на больших расстояниях человек неосознанно пользуется другими критериями - сравнивает видимые угловые размеры, опирается на перспективу видимой картины. Следовательно, если деревья находятся в открытой местности, где больше ничего нет, то, начиная с некоторого расстояния, мы перестанем различать, какое дерево ближе (дальше) и тем более не сможем оценить расстояние между ними. Нам будет казаться с определенного момента, что деревья одинаково удалены от нас . А на небе, когда расстояние от Земли до Луны составляет 384 400 км, до Солнца - около 150 млн. км, а до самой близкой звезды, α Центавра, - в 275 400 раз больше, чем до Солнца. Поэтому и на небе нам кажется что все светила находятся на одинаковом расстоянии. Человеческие глаза в лучшем случае могут различать расстояния лишь в пределах 2км. Геометрическое место точек, равноудаленных от точки, являющейся центром, называется сферой. Нам кажется, что все небесные светила расположены на внутренней поверхности огромной сферы. Это впечатление усиливается ещё тем, что собственное движение звезд в силу их удаленности незаметно и суточное движение звезд происходит синхронно. Поэтому возникает кажущаяся целостность видимого суточного вращения небесной сферы. = Что является центром небесной сферы? (Глаз наблюдателя ) = Каков радиус небесной сферы? (Произвольный ) = Чем отличаются небесные сферы двух соседей по парте? (Положением центра ). = Можно ли утверждать, что эти сферы одинаковы? Сравните расстояние до соседа с радиусом небесной сферы.
Для решения многих практических задач расстояния до небесных тел не играют роли, важно лишь их видимое расположение на небе. Угловые измерения не зависят от радиуса сферы. Поэтому, хотя в природе небесной сферы и не существует, но астрономы для изучения видимого расположение светил и явлений, которые можно наблюдать на небе в течении суток или многих месяцев, применяют понятие Небесная сфера - воображаемой сферы произвольного радиуса (сколь угодно большого), в центре которой находится глаз наблюдателя. На такую сферу и проецируются звезды, Солнце, Луна, планеты и т.д, отвлекаясь от действительных расстояний до светил и рассматривая лишь угловые расстояние между ними. Первое упоминание о “хрустальных сферах” у Платона (427-348, Др. Греция). Первое изготовление небесной сферы встретили у Архимеда (287-212, Др. Греция), описано в работе “Об изготовлении небесной сферы”. Самый древний небесный глобус “Глобус Фарнезе” 3 в. до н. э. из мрамора хранится в Неаполе. Итак: Что является центром небесной сферы? (Глаз наблюдателя). Каков радиус небесной сферы? (Произвольный, но достаточно большой). Чем отличаются небесные сферы двух соседей по парте? (Положением центра).
В) Небесная сфера и горизонтальная система координат
РР 1 - Ось мира = ось видимого вращения небесной сферы (параллельна оси вращение Земли). Р и Р 1 - Полюса мира (северный и южный). ZZ 1 отвесная (вертикальная) линия. Z - зенит , Z 1 - надир = точки пересечения отвесной линии с небесной сферой. Истинный горизонт - плоскость перпендикулярная отвесной линии ZZ1 и проходящая через центр О (глаз наблюдателя). Небесный меридиан - большой круг небесной сферы, проходящий через зенит Z, полюс мира Р, южный полюс мира Р", надир Z" NS - полуденная линия. N - точка севера, S - точка юга. Вертикал (круг высоты) - полукруг небесной сферы ZОМ. Небесный экватор - линия окружности, полученная от пересечения небесной сферы с плоскостью проходящая через центр небесной сферы перпендикулярно к оси мира. Итак: Каков период вращения небесной сферы? (Равен периоду вращения Земли - 1 сутки). В каком направлении происходит видимое (кажущееся) вращение небесной сферы? (Противоположно направлению вращения Земли). Что можно сказать о взаимном расположении оси вращения небесной сферы и земной оси? (Ось небесной сферы и земная ось будут совпадать). Все ли точки небесной сферы участвуют в видимом вращении небесной сферы? (Точки, лежащие на оси, покоятся). Чтобы лучше представить вращение небесной сферы, посмотрите следующий фокус. Возьмем надутый воздушный шар и проколем его спицей насквозь. Теперь можно вращать шар вокруг спицы - оси. Где на этой модели находится наблюдатель? В каком месте шара находится южный и северный полюсы мира? Где на шаре следует нарисовать Полярную звезду? Укажите геометрическое место точек, которые во время вращения не изменяют своего местоположения. В каком направлении происходит видимое вращение небесной сферы, если наблюдать с северного полюса (с южного полюса)?
Земля движется по орбите вокруг Солнца. Ось вращения Земли наклонена к плоскости орбиты на угол 66,5° (показать с помощью листа картона, проколанного спицей). Вследствие действия сил тяготения со стороны Луны и Солнца ось вращения Земли смещается, в то время как наклон оси к плоскости земной орбиты остается постоянным. Ось Земли как бы скользит по поверхности конуса. (то же происходит с осью у обыкновенного волчка в конце вращения). Это явление было открыто еще в 125 г. до н. э. греческим астрономом Гиппархом и названо прецессией . Один оборот земная ось совершает за 25 776 лет - этот период называется платоническим годом . Сейчас вблизи Р - северного полюса мира находится Полярная звезда - α М. Медведица. Дальше титул Полярной поочередно присваивался π, η и τ Геркулеса, звездам Тубан и Кохаб. Римляне вовсе не имели Полярной звезды, а Кохаб и Киносуру (α Малой Медведицы) называли Стражами. На начало нашего летоисчисление - полюс мира был вблизи α Дракона - 2000 лет назад, а α Малой Медведицы стала полярной звездой в 1100 году. В 2100 г полюс мира будет всего в 28" от Полярной звезды - сейчас в 44". В 3200г полярным станет созвездие Цефей. В 14000 г - полярной будет Вега (α Лиры).
Горизонтальная система координат
h - высота - угловое расстояние светила от горизонта (< МОА), измеряется в градусах, минутах, секундах; от 0 о до 90 о) А - азимут - угловое расстояние вертикала светила от точки юга (< SOА) в направлении суточного движения светила, т.е. по часовой стрелке; измеряется в градусах минутах и секундах от 0 о до 360 о).
Горизонтальные координаты светила в течение суток меняется. А" Равноценная высоте→зенитное расстояние Z=90 o - h [форм 1]
Измерения могут производиться (и это принято в астрономии для ряда координат) как в градусной, так и в часовой мере. 360 о : 24 ч =15 о запись 13 о 12"24" запись 13 ч 12 м 24 с 360 о 24 ч 1 ч 15 о 1 о 4 м 1 м 15" 1 " 4 c 1 с 15"
Кульминация - явление пересечения светилом небесного меридиана.
Светило М в течение суток описывает суточную параллель - малый круг небесной сферы, плоскость которого ^ оси мира и проходит через глаз наблюдателя. М 3 - точка восхода, М 4 - точка захода, М 1 - верхняя кульминация (h max; А= 0 o), М 2 - нижняя кульминация (h min; A =180 o) По суточному движению светила делятся на: 1 - невосходящие 2 - (восходяще - заходящие ) восходящие и заходящие 3 - незаходящие . К каким относится Солнце, Луна? (2)
III Закрепление материала (15 мин).
А) Вопросы
Что такое небесная сфера? Какие линии и точки небесной сферы вы знаете? Какие наблюдения доказывают суточное вращение небесной сферы (служит ли это доказательством вращения Земли вокруг оси). Можно ли, используя горизонтальную систему координат, создать карты звездного неба? Что такое кульминация? Исходя из кульминации дайте понятие незаходящим, не восходящим, - восходяще-заходящим светилам.
Б) практическая работа по ПКЗН .
Назовите несколько созвездий незаходящих в нашей местности Найдите линию небесного меридиана. Какие яркие звезды будут сегодня кульминировать между 20 и 21 часами? Найдите на ПКЗН например звезду Вега, Сириус. В каких они созвездиях находятся?
В) 1. Переведите 3 ч, 6 ч в градусную меру (3 . 15=45 0 , 90 0) 2. Переведите 45 о, 90 о в часовую меру (3 ч, 6 ч) 3. Что больше 3 ч 25 м 15 с или 51 о 18 " 15"? (При переводе получится 51 о 18 " 45", то есть в часовой значение больше)
Г) Тест. Фразе из левого столбца подберите подходящее по смыслу продолжение из правого.
1. Небесной сферой называется... 2. Осью мира называется... 3. Полюсами мира называется... 4. Северный полюс мира в настоящее время находится... 5. Плоскостью небесного экватора называется... 6. Экватор - это... 7. Период вращения небесной сферы равен... А. ...точка пересечения оси вращения Солнца с небесной сферой. Б. ...в 1°,5 от a Малой Медведицы В. ...плоскость перпендикулярная к оси мира и проходящая через центр небесной сферы. Г. ...периоду вращения Земли вокруг своей оси, т.е. 1 суткам. Д. ...воображаемая сфера произвольного радиуса, описанная вокруг центра Солнца, на внутренней поверхности которой нанесены светила Е. ...ось, вокруг которой вращается Земля, двигаясь в мировом пространстве Ж. ...около звезды Вега в созвездии Лиры З. ...линия пересечения небесной сферы и плоскости небесного экватора И. ...точки пресечения небесной сферы с осью мира. К. ...воображаемая сфера произвольного радиуса, описанная вокруг наблюдателя на Земле, на внутренней поверхности которой нанесены светила. Л. ...воображаемая ось видимого вращения небесной сферы. М. ...периоду вращения Земли вокруг Солнца. 8. Угол между осью мира и земной осью равен... 9. Угол между плоскостью небесного экватора и осью мира равен... 10. Угол между плоскостью небесного экватора и плоскостью земного экватора равен... 11. Угол наклона земной оси к плоскости земной орбиты равен... 12. Угол между плоскостью земного экватора и плоскостью земной орбиты равен... А. 66°,5 Б. 0° В. 90° Г. 23°,5 13. Почему нельзя считать радиус небесной сферы бесконечно большим? 14. Сколько небесных сфер можно себе представить, если у каждого человека по два глаза, а на Земле проживает свыше 6 млрд человек? 15. Что называется прецессией земной оси и в чем причина прецессии?
Ответы по тесту: 1 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 К Е, Л И Б В З Г Б В Б А Г Д) Вращение неба в программе "Red Shift 5.1"

Лекция № 2. Небесная сфера, её основные точки.

1. Горизонтальные и экваториальные системы небесных координат.

2. Прямое восхождение. Склонение светила.

3. Проведение вечерних астрономических наблюдений звёздного неба.

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.

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.

Элементы небесной сферы

Отвесная линия и связанные с ней понятия

Диаграмма, показывающая соотношение , и (в различных определениях). Заметим, что зенит противоположен надиру.

Отвесная линия - прямая, проходящая через центр небесной сферы и точку наблюдения на поверхности Земли. Отвесная линия пересекается с поверхностью небесной сферы в двух точках - над головой наблюдателя и под ногами наблюдателя.

Истинный (математический) горизонт - большой круг небесной сферы, плоскость которого перпендикулярна к отвесной линии. Истинный горизонт делит поверхность небесной сферы на две полусферы: видимую полусферу с вершиной в зените и невидимую полусферу с вершиной в надире. Истинный горизонт не совпадает с видимым горизонтом вследствие приподнятости точки наблюдения над земной поверхностью, а также по причине искривления лучей света в атмосфере.

Круг высоты или вертикал светила - большой полукруг небесной сферы, проходящий через светило, зенит и надир. Альмукантара́т (араб. « ») - малый круг небесной сферы, плоскость которого параллельна плоскости математического горизонта. Круги высоты и альмукантараты образуют координатную сетку, задающую горизонтальные координаты светила.

Суточное вращение небесной сферы и связанные с ним понятия

Воображаемая линия, проходящая через центр мира, вокруг которой происходит вращение небесной сферы. Ось мира пересекается с поверхностью небесной сферы в двух точках - северном полюсе мира и южном полюсе мира . Вращение небесной сферы происходит против часовой стрелки вокруг северного полюса, если смотреть на небесную сферу изнутри.

Большой круг небесной сферы, плоскость которого перпендикулярна оси мира и проходит через центр небесной сферы. Небесный экватор делит небесную сферу на два полушария: северное и южное .

Круг склонения светила - большой круг небесной сферы, проходящий через полюсы мира и данное светило.

Суточная параллель - малый круг небесной сферы, плоскость которого параллельна плоскости небесного экватора. Видимые суточные движения светил совершаются по суточным параллелям. Круги склонения и суточные параллели образуют на небесной сфере координатную сетку, задающую экваториальные координаты светила.

Термины, рождаемые в пересечениях понятий «Отвесная линия» и «Вращение небесной сферы»

Небесный экватор пересекается с математическим горизонтом в точке востока и точке запада . Точкой востока называется та, в которой точки вращающейся небесной сферы восходят из-за горизонта. Полукруг высоты, проходящий через точку востока, называется первым вертикалом .

Небесный меридиан - большой круг небесной сферы, плоскость которого проходит через отвесную линию и ось мира. Небесный меридиан делит поверхность небесной сферы на два полушария: восточное полушарие и западное полушарие .

Полуденная линия - линия пересечения плоскости небесного меридиана и плоскости математического горизонта. Полуденная линия и небесный меридиан пересекают математический горизонт в двух точках: точке севера и точке юга . Точкой севера называется та, которая ближе к северному полюсу мира.

Годовое движение Солнца по небесной сфере и связанные с ним понятия

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

Большой круг небесной сферы, по которому происходит видимое годовое движение . Плоскость эклиптики пересекается с плоскостью небесного экватора под углом ε = 23°26".

Две точки, в которых эклиптика пересекается с небесным экватором, называются точками . В точке весеннего равноденствия Солнце в своём годовом движении переходит из южного полушария небесной сферы в северное; в точке осеннего равноденствия - из северного полушария в южное. Две точки эклиптики, отстоящие от точек равноденствия на 90° и тем самым максимально удалённые от небесного экватора, называются точками . Точка летнего солнцестояния находится в северном полушарии, точка зимнего солнцестояния - в южном полушарии. Эти четыре точки обозначаются символами ♈ ), осеннего равноденствия - знаком Весов (♎ ), зимнего солнцестояния - знаком Козерога (♑ ), летнего солнцестояния - знаком Рака (♋ )

Диаметр небесной сферы, перпендикулярный плоскости эклиптики. Ось эклиптики пересекается с поверхностью небесной сферы в двух точках - северном полюсе эклиптики , лежащем в северном полушарии, и южном полюсе эклиптики , лежащем в южном полушарии. Северный полюс эклиптики имеет экваториальные координаты R.A. = 18h00m, Dec = +66°33", и находится в созвездии , а южный полюс - R.A. = 6h00m, Dec = −66°33" в созвездии .

Круг эклиптической широты , или просто круг широты - большой полукруг небесной сферы, проходящий через полюсы эклиптики.

Одной из важнейших астрономических задач, без которой невозможно решение всех остальных задач астрономии, является определение положения небесного светила на небесной сфере.

Небесная сфера - это воображаемая сфера произвольного радиуса, описанная из глаза наблюдателя, как из центра. На эту сферу мы проектируем положение всех небесных светил. Расстояния на небесной сфере можно измерять только в угловых единицах, в градусах, минутах, секундах или радианах. Например, угловые диаметры Луны и Солнца равны примерно 0. o 5.

Одним из основных направлений, относительно которого определяется положение наблюдаемого небесного светила, является отвесная линия . Отвесная линия в любом месте земного шара направлена к центру тяжести Земли. Угол между отвесной линией и плоскостью земного экватора называется астрономической широтой .

Плоскость, перпендикулярная отвесной линии, называется горизонтальной плоскостью .

В каждой точке Земли наблюдатель видит половину сферы, плавно вращающейся с востока на запад вместе с будто прикрепленными к ней звездами. Это видимое вращение небесной сферы объясняется равномерным вращением Земли вокруг своей оси с запада на восток.

Отвесная линия пересекает небесную сферу в точке зенита , Z и в точке надира , Z ".

Рис. 2. Небесная сфера

Большой круг небесной сферы, по которому горизонтальная плоскость, проходящая через глаз наблюдателя (точка С на рис.2), пересекается с небесной сферой, называется истинным горизонтом . Напомним, что большим кругом небесной сферы является круг, проходящий через центр небесной сферы. Круги, образованные пересечением небесной сферы с плоскостями, не проходящими через ее центр, называются малыми кругами.

Линия, параллельная земной оси и проходящая через центр небесной сферы, называется осью мира . Она пересекает небесную сферу в северном полюсе мира , P, и в южном полюсе мира P".

Из рис. 1 видно, что ось мира наклонена к плоскости истинного горизонта под углом . Видимое вращение небесной сферы происходит вокруг оси мира с востока на запад, в направлении, противоположном истинному вращению Земли, которая вращается с запада на восток.

Большой круг небесной сферы, плоскость которого перпендикулярна оси мира, называется небесным экватором . Небесный экватор делит небесную сферу на две части: северную и южную. Небесный экватор параллелен экватору Земли.

Плоскость, проходящая через отвесную линию и ось мира, пересекает небесную сферу по линии небесного меридиана . Небесный меридиан пересекается с истинным горизонтом в точках севера, N , и юга, S . А плоскости этих кругов пересекаются по полуденной линии . Небесный меридиан является проекцией на небесную сферу земного меридиана, на котором находится наблюдатель. Поэтому на небесной сфере есть только один меридиан, ведь наблюдатель не может находиться на двух меридианах одновременно!

Небесный экватор пересекается с истинным горизонтом в точках востока, E , и запада, W . Линия EW перпендикулярна полуденной. Точка Q - верхняя точка экватора, а Q" - нижняя точка экватора.

Большие круги, плоскости которых проходят через отвесную линию, называются вертикалами . Вертикал, проходящий через точки W и E, называется первым вертикалом .

Большие круги, плоскости которых проходят через ось мира, называются кругами склонения или часовыми кругами .

Малые круги небесной сферы, плоскости которых параллельны небесному экватору, называются небесными или суточными параллелями. Суточными они называются потому, что по ним происходит суточное движение небесных светил. Экватор также является суточной параллелью.

Малый круг небесной сферы, плоскость которого параллельна плоскости горизонта, называется альмукантаратом .

Вопросы

1 . Есть ли место на Земле, где вращение небесной сферы происходит вокруг отвесной линии?

Задачи

1. Изобразить на чертеже небесную сферу в проекции на плоскость горизонта.

Решение: Как известно, проекцией какой-либо точки А на какую-либо плоскость является точка пересечения плоскости и перпендикуляра, опущенного из точки А к плоскости. Проекцией отрезка, перпендикулярного к плоскости, является точка. Проекцией круга, параллельного плоскости, является такой же круг на плоскости, проекцией круга, перпендикулярного к плоскости, является отрезок, а проекцией круга, наклоненного к плоскости, является эллипс, тем более сплюснутый, чем ближе угол наклона к 90 o . Таким образом, для того, чтобы начертить проекцию небесной сферы на какую-либо плоскость, надо опустить на эту плоскость перпендикуляры из всех точек небесной сферы. Последовательность действий следующая. Прежде всего, необходимо начертить круг, лежащий в плоскости проекции, в данном случае это будет горизонт. Затем нанести все точки и линии, лежащие в плоскости горизонта. В данном случае это будет центр небесной сферы C, и точки юга S, севера N, востока E и запада W, а также полуденная линия NS. Далее опускаем перпендикуляры на плоскость горизонта из остальных точек небесной сферы и получаем, что проекцией зенита Z, надира Z" и отвесной линии ZZ" на плоскость горизонта является точка, совпадающая с центром небесной сферы C (см. рис. 3). Проекцией первого вертикала является отрезок EW, проекция небесного меридиана совпадает с полуденной линией NS. Точки, лежащие на небесном меридиане: полюса P и P", а также верхняя и нижняя точки экватора Q и Q" проецируются поэтому на полуденную линию тоже. Экватор является большим кругом небесной сферы, наклоненным к плоскости горизонта, поэтому его проекция - это эллипс, проходящий через точки востока E, запада W, и проекции точек Q и Q".

2. Изобразить на чертеже небесную сферу в проекции на плоскость небесного меридиана.

Решение: Представлено на рис.4

3. Изобразить на чертеже небесную сферу в проекции на плоскость небесного экватора.

4. Изобразить на чертеже небесную сферу в проекции на плоскость первого вертикала.