ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 12.12.2023
Просмотров: 30
Скачиваний: 1
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
2.1. Созвездия и небесная сфера
Глядя на звездное небо, поражаешься бесчисленности звезд, кажущейся неизменности и беспорядочности их положений. Но это только на первый взгляд. В Северном полушарии даже в условиях города можно увидеть группы звезд с особым взаимным расположением. Так, легко различимы созвездия Кассиопеи, Большой и Малой Медведицы. С древних времен люди видели в определенных группах звезд изображения животных, мифических героев.
Если в древности созвездиями называли группы ярких звезд, которые позволяли ориентироваться пространстве путешественникам, морякам; сегодня понятие «созвездие» имеет более конкретное значение.
Астрономы называют созвездием не только выразительную фигуру из ярких звезд, но и весь участок небесной сферы в пределах установленной границы, со всеми проецируемыми на него – с точки зрения земного наблюдателя – небесными объектами.
В реальности небесной сферы не существует. Она является воображаемой сферой произвольного радиуса, на которую наблюдатель, находящийся в ее центре, проецирует небесные объекты. Звезды, образующие рисунок созвездий, могут быть расположены от наблюдателя на разных расстояниях и лишь проецироваться в звездный узор как нечто целое.
Названия созвездий и их границы были установлены решениями Международного астрономического союза (MAC) в 1922-1935 гг. Впредь было решено эти границы и названия созвездий считать неизменными. Кроме официально утвержденных названий в каждой стране существуют и собственные, народные названия некоторых групп звезд. Так, звездное скопление Плеяды на Руси называли Стожары, семь ярких звезд Большой Медведицы называли Ковш.
Наиболее яркие звезды каждого созвездия обозначают буквами греческого алфавита в порядке убывания их кажущейся яркости в этом созвездии: α (альфа), β (бета), γ (гамма), δ (дельта), ε (эпсилон) и т. д. Некоторые наиболее яркие звезды в созвездиях имеют собственные названия: Сириус (α Большого Пса); Процион (α Малого Пса); Полярная (α Малой Медведицы), Вега (α Лиры) и другие. Некоторые из них, например, Капелла (α Возничего), Бетельгейзе (α Ориона), Альдебаран (α Тельца), Антарес (α Скорпиона), Арктур (α Волопаса), являются навигационными звездами: их свет способен проникать сквозь туман и легкие перистые облака, в то время как даже более яркие звезды невидимы.
2.2. Видимая звездная величина
Наш глаз в идеальных условиях (100% зрение, ясная безлунная ночь) способен различать звезды, яркость которых имеет определенное значение. Еще во II в. до н. э. Гиппарх ввел понятие звездной величины – меры видимой яркости звезды, оцениваемой на глаз. Самые яркие звезды им были отнесены к первой звездной величине (обозначают 1m), самые слабые – к шестой. Шкала звездных величин сохранилась в своей основе и широко используется. Наблюдаемая яркость звезды определяется количеством световой энергии, приходящей от нее в единицу времени, на единицу площади поверхности, перпендикулярной лучам. Если в физике эта величина называется освещенностью, то в астрономии используется понятие блеск и выражается в звездных величинах. Чем слабее видна звезда, тем больше ее звездная величина. Более яркие звезды могут иметь нулевую или отрицательную звездную величину. Так, видимая звездная величина Солнца составляет -27 m, Луна в полнолуние имеет звездную величину -12,5 m. Сегодня наблюдения с использованием современных телескопов позволяют обнаружить излучение объектов до 30 m.
Самое большое созвездие Гидра имеет одну звезду ярче 2,5 m. Некоторые созвездия так бедны яркими звездами, что на небе почти незаметны. Например, в созвездии Микроскоп самые яркие звезды 4,7 m.
2.3. Основные точки и линии небесной сферы
Рассмотрим основные элементы небесной сферы, которые можно использовать для ориентирования или навигации. Если наблюдатель находится в центре небесной сферы О, прямая ZOZ', называемая вертикалью наблюдателя, совпадает с направлением линии отвеса (груза на нити) в месте наблюдения.
Эта линия пересекает небесную сферу в точках Z (зенит) над головой наблюдателя и Z' (надир). Плоскость большого круга небесной сферы NWSE перпендикулярна отвесной линии и называется математическим горизонтом.
Окружность, ограничивающую плоскость NWSE (линию пересечения плоскости и небесной сферы), называют истинным горизонтом.
Следует подчеркнуть отличие истинного от видимого горизонта на суше. Линия неровная, ее точки видимого горизонта могут лежать и выше, и ниже истинного. Истинный горизонт делит небесную сферу на видимую и невидимую наблюдателю половины.
Круг, проходящий через зенит и надир, называют небесным меридианом. Истинный горизонт пересекается с небесным меридианом в точках севера N и юга S.
Линию NOS называют полуденной линией.
2.4. Суточное движение светил
Земля за сутки делает один полный оборот вокруг своей оси, вращаясь с запада на восток. Для наблюдателя на Земле небесные объекты совершают оборот в обратном направлении: восходят на востоке и заходят на западе. Если за 24 часа небосвод поворачивается на 360°, то за час угол поворота составляет 15°. Если использовать неподвижный фотоаппарат с длительной экспозицией (более часа), каждая звезда оставит след в виде светлой дуги.
Взаимное расположение звезд на внутренней поверхности сферы в течение суточного вращения остается неизменным. Вращение самой сферы – кажущееся и является следствием осевого вращения Земли. Сама небесная сфера вращается вокруг оси, которая ориентирована параллельно оси вращения Земли.
Ось видимого вращения небесной сферы называют осью мира. Если ее указать на небесной сфере, она пересечет небесный меридиан в точках Р и Р'. Ось мира для наблюдателя параллельна оси вращения Земли, и они обе направлены в сторону Полярной звезды с учетом ее большой удаленности. Эти точки – соответственно, северный и южный полюсы мира.
В настоящее время вблизи северного полюса мира Р находится Полярная звезда (α Малой Медведицы). Расстояние от нее до северного полюса мира в настоящее время чуть меньше 1°. Вблизи южного полюса мира яркие звезды отсутствуют.
Плоскость, параллельная плоскости экватора Земли и проходящая через центр небесной сферы, пересекает последнюю в точках W и Е (запада и востока). Эта плоскость называется небесным экватором. Он пересекает небесный меридиан в верхней точке экватора Q и в нижней точке экватора Q'.
2.5. Системы небесных
Расположение светила на небесной сфере можно описать, используя систему координат. Положение точки на небесной сфере относительно плоскости и точки начала отсчета определяется двумя угловыми величинами соответствующих центральных углов. Они называются небесными координатами. Системы небесных координат подобны географическим координатам. Так, на поверхности Земли положение точки помогают определить широта и долгота. В астрономии используется несколько систем координат, которые отличаются выбором основной плоскости и точек начала отсчета. Для географических координат основной плоскостью является плоскость земного экватора (от нее отсчитывается широта), началом отсчета долгот является нулевой меридиан.
В горизонтальной системе небесных координат основной плоскостью является плоскость истинного (математического) горизонта, отсчет ведется от зенита и точки юга. Определим положение светила М в горизонтальной системе координат.
Большой круг небесной сферы ZMZ' называют кругом высоты (вертикалом светила). Первая координата высота светила h – угол mOM между плоскостью истинного горизонта и направлением на светило М. Высоты находятся в пределах от 0 до 90° к зениту и от 0 до –90° к надиру. Вторая координата – азимут А – угол SOm между полуденной линией и линией пересечения плоскости истинного горизонта с плоскостью вертикального круга, проходящего через светило. Азимут отсчитывается в сторону суточного вращения небесной сферы (к западу от точки юга) и находится в пределах от 0 до 360°.
В течение суток светило М вместе с небесной сферой для наблюдателя на Земле вращается. Светило опишет малый крут небесной сферы – суточную параллель. Его плоскость будет перпендикулярна оси мира и параллельна небесному экватору. Возможны несколько вариантов взаимного расположения суточной параллели светила и истинного горизонта:
-
суточная параллель светила М1, не пересекает плоскость истинного горизонта и располагается выше него; светило называется незаходящим; -
суточная параллель светила M2, дважды пересекает плоскость истинного горизонта; светило называется восходящим и заходящим; -
суточная параллель светила M3, не пересекает плоскость истинного горизонта и расположена ниже него; светило называется невосходящим.
Все светила пересекают небесный меридиан двух точках. Первая из них принадлежит полукругу ZNZ' – нижняя кульминация светила. Вторая принадлежит полукругу ZSZ' – верхняя кульминация светила. Рассмотрим изменение высоты и азимута светила М2. В определенный момент времени оно взойдет в восточной части горизонта, при этом его высота h = 0°, азимут А равен величине тупого угла SOа. Светило начнет подниматься над горизонтом и наибольшей высоты достигнет в момент верхней кульминации. При этом его высота h станет равной величине угла SOM1в, азимут A = 00. Далее высота светила будет уменьшаться до 0° в момент захода в западной части горизонта, при этом азимут будет равен величине острого угла SOb. К точке нижней кульминации светило будет двигаться под горизонтом и вновь пересечет небесный меридиан в точке нижней кульминации с азимутом А = 180°.
Пройдя путь от точки нижней кульминации к точке восхода, координаты повторятся. Обратим внимание, что значение обеих координат непрерывно изменяется в течение суток. Очевидно, что у невосходящих и незаходящих светил координаты также непрерывно меняются вследствие суточного вращения Земли, так как отсчитываются от точек, не участвующих для наблюдателя в этом вращении.
В экваториальной системе небесных координат основной плоскостью является плоскость небесного экватора, отсчет ведется от точки пересечения небесного экватора и небесного меридиана Q. Определим положение светила М в экваториальной системе координат.
Большой круг небесной сферы РMP' называют кругом склонения. Первая координата – склонение светила δ – угол mОМ между плоскостью небесного экватора и направлением на светило М. Склонения находятся в пределах от 0 до 90° к северному полюсу мира и от 0 до -90° – к южному полюсу мира. Если светила находятся на одной суточной параллели, их склонения будут одинаковы. Вторая координата – прямое восхождение α – угол ϒОМ между направлением на точку весеннего равноденствия и линией пересечения плоскости небесного экватора с плоскостью круга склонения светила. Прямое восхождение отсчитывается в сторону, противоположную суточному вращению небесной сферы, измеряется в часах и находится в пределах от 0° до 24ч, что соответствует полной окружности. Если полный оборот в 360° сфера совершает за 24 часа, то 1