Файл: Лабораторный практикум В. Ф. Говердовский, А. В. Дикинис.pdf

I .  Д И С Т А Н Ц И О Н Н О Е  З О Н Д И Р О В А Н И Е  

З Е М Л И  И З  К О С М О С А

Для описания положения космического летательного аппарата 

в пространстве относительно Земли в любой момент времени ис­

пользуют астрономическое понятие небесной сферы, на которую 
проецируется траектория его полета.  В  общем случае орбита не­

бесного тела представляет собой эллипс, один из фокусов которого 

находится в центре небесной сферы. Величина большой полуоси и 

эксцентриситета  для  эллиптической  орбиты  (или  высота  полета 

для  круговой  орбиты)  определяют  ее геометрические размеры  и 

форму, которые при невозмущенном движении, например, искус­

ственного  спутника  Земли  (ИСЗ)  не  должны  изменяться  в  про­

странстве и времени.  В действительности же возмущения, вызы­

ваемые несферичностью нашей планеты и сопротивлением ее ат­

мосферы,  обусловливают поворот орбитальной плоскости вокруг 

оси вращения Земли, в результате чего узлы орбиты перемещают­

ся (прецессируют) по экватору.  Параметры орбиты спутника при 

этом  могут  изменяться:  возмущения  вызывают  вращение  линии 

апсид,  изменение  радиального  расстояния  спутника  от  притяги­

вающего  центра,  период  его  обращения  и  наклонения  орбиты. 

Учет этого влияния осуществляется методами решения задач не­

бесной механики.

При дистанционном зондировании Земли из космоса на опи­

сании положения небесных тел в различных системах астрономи­

ческих  и  географических  координат  с  точностью,  необходимой 

для решения конкретной задачи, основано также определение гео­

графических координат подспутниковой точки,  временная и гео­

графическая привязка спутниковых измерений, уточнение границ 

исследуемых естественных объектов и т. п. Во всех этих задачах 

большую  роль  играет  выбор  системы  счета и  хранение  точного 

времени.

В практической жизни людей счет времени ведется по поло­

жению Солнца относительно небесного меридиана средними еди­

ницами, включая и календарные даты, смена которых происходит 
по истечении средних солнечных суток. Однако вследствие годо­

1 1

вого обращения Земли вокруг Солнца его положение относительно 

небесного меридиана непрерывно расходится с положением точки 
весеннего  равноденствия,  часовым  углом  которого  измеряется 

звездное время. Поэтому при вычислении положения движущихся 

небесных тел приходится пользоваться еще и звездными единица­
ми времени,  полагая, что поворот небесной сферы на некоторый 

угол,  соответствующий  определенному  интервалу звездного  вре­

мени,  вызывает увеличение часовых углов  всех  ее  точек  (кроме 

неподвижных) на ту же самую величину.

12

О п ред ел ен и е п о л ож е н и я  и ск у сст в ен н ы х  сп ут н и к ов  

З ем л и  в  к осм и ч е ск ом  п р о ст р а н ст в е

Цель  работы:  научиться  правильно  использовать  астрономи­

ческие  системы  координат  для  определения 
местоположения 

искусственных 

спутников 

Земли  в орбитальном  полете.

Методы  наблюдения  за  искусственными  спутниками  разде­

ляют  на  оптические  (визуальные)  и  радиотехнические.  К  радио­
техническим методам относятся радиопеленгация, радиолокация и 

использование эффекта Доплера.

В темное время суток (безлунной ночью), при отсутствии об­

лачности,  движение ИСЗ  наблюдается визуально  как  быстрое  пе­

ремещение  по  небесному  своду  ярко  светящейся  точки  на  фоне 
темного звездного неба.

Координаты небесных тел в космическом пространстве

Для  удобства  рассмотрения  простейших  видимых  небесных 

явлений,  таких,  например,  как  взаимное  расположение  небесных 
тел (планет,  звезд в созвездиях), восход и заход светил (Солнца и 
Луны),  движение  искусственных  спутников,  издавна  пользуются 
понятием «небесная сфера».

Небесной  сферой называют воображаемую  шаровую  поверх­

ность произвольного радиуса с центром в любой точке простран­
ства,  на которой  положения  небесных  тел  изображаются  так,  как 
они видны из точки наблюдения.

Небесная сфера.  Видимые положения небесных тел определя­

ются  относительно  основных  элементов  небесной  сферы  (рис.  1), 
к которым относятся: отвесная линия (или вертикаль), точки зенита 
и надира,  истинный  (или математический) горизонт;  ось мира,  по­
люсы мира, небесный экватор, небесный меридиан и точки пересе­
чения  небесного  меридиана  SQZPN  и  небесного  экватора Q W Q ’E 

с истинным горизонтом NESW  (точки юга S, севера N, востока Е и 

запада W).

Л а б о р а т о р н а я  р а б о т а   1

13

Зенит 

Северный

Рис. 1. Небесная сфера

Подобно  тому,  как  положение  каждой  точки  на  земной  по­

верхности  определяется  ее географическими  координатами - ши­
ротой ф и долготой А, которые отсчитываются,  естественно,  отно­

сительно земного экватора и гринвичского меридиана (рис. 2), по­

ложение  небесных тел на  вспомогательной небесной сфере  опре­
деляется  двумя  сферическими  координатами,  представляющими 

собой дуги больших кругов этой сферы, выраженные в градусной 
или часовой мере.

Северный

полюс

Южный

ПОЛЮС

Рис. 2. Географические координаты -  ш ирота и долгота

1 4

Если  считать  Землю  шаром,  то  отвесная  линия 

OZ является 

продолжением земного радиуса 

О О ', проведенного из центра Зем­

ли в точку, где находится наблюдатель (рис. 3). Поэтому плоскость 

истинного  горизонта,  проходящая  через  центр  небесной  сферы 

(через точку 

О,  если в этой точке находится наблюдатель) и пер­

пендикулярная к отвесной линии, является  плоскостью,  касатель­
ной  к  земному  шару  в  точке 

О.  Плоскость  небесного  меридиана 

SQZPN совпадает  с  плоскостью  географического  меридиана.  При 
вращении  Земли  вместе  с  ней  вращается  наблюдатель,  а  с  ним 
плоскости небесного меридиана и истинного горизонта и отвесная 
линия. Небесный экватор остается в своей собственной плоскости, 

а ось мира параллельна  самой себе,  поэтому они занимают среди 
звезд одно и то же направление. Вращающийся истинный горизонт 
в разные часы суток (отграничивающий для наблюдателя видимую 
полусферу  от невидимой)  проходит через разные  части  небесной 
сферы. Соответственно изменяет свое положение и точка зенита Z.

Рис. 3. Соотношение между Землей и небесной сферой

Астрономические  системы  координат.  Одним  из  основных 

направлений,  относительно которого определяется положение  на­
блюдаемого  небесного  тела,  является  отвесная  линия,  которая 
в любом пункте  земной поверхности направлена к центру  Земли. 
Плоскость,  перпендикулярная  отвесной  линии,  называется  гори­

15