"Астрономия (базовый уровень)", Воронцов-Вельяминов Б.А., Страут Е.К.
Звёзды кажутся движущимися по небу из-за вращения Земли вокруг оси. Их суточные пути представляют собой окружности, параллельные небесному экватору, но наклон этих путей к горизонту зависит от широты наблюдателя. Поэтому на экваторе звёзды обычно восходят и заходят, у полюсов не пересекают горизонт, а в промежуточных широтах одни светила остаются над горизонтом, другие не появляются, а остальные восходят и заходят. Зная широту и склонение звезды, можно предсказать её видимое движение.
Текст подготовлен нейронной сетью по теме параграфа и не заменяет учебник — важные факты и формулировки сверяйте с ним.
Видимое суточное движение звёзд — кажущееся движение звёзд по небесной сфере, вызванное вращением Земли вокруг оси. Слово «видимое» напоминает, что звёзды не совершают за сутки такой орбитальный путь вокруг Земли. Это понятие помогает объяснить, почему меняется положение звёзд над горизонтом в течение ночи.
Небесный полюс — точка небесной сферы, вблизи которой проходит продолжение земной оси. Высота видимого полюса над горизонтом связана с географической широтой наблюдателя. Это позволяет по положению небесного полюса оценить широту, а в Северном полушарии — ориентироваться по Полярной звезде.
Околополярные звёзды — звёзды, которые при данной географической широте не заходят за горизонт. Их видимые окружности целиком остаются над горизонтом. Понятие нужно, чтобы отличать такие светила от звёзд, которые регулярно скрываются и появляются.
Кульминация — прохождение светила через небесный меридиан, большой круг небесной сферы, проходящий через полюса мира и зенит. При верхней кульминации светило достигает наибольшей высоты за сутки, при нижней — наименьшей. Сопоставляя эти положения с горизонтом, можно определить, восходит ли звезда и заходит ли она.
Земля вращается вокруг оси с запада на восток, поэтому небесные объекты кажутся перемещающимися в обратную сторону — с востока на запад. За сутки звезда описывает на небесной сфере окружность вокруг небесного полюса. Это не движение звезды вокруг Земли, а следствие изменения направления, в котором смотрит наблюдатель. Так объясняется ежедневное перемещение знакомых созвездий по небу.
Продолжение земной оси пересекает небесную сферу в небесных полюсах. Если наблюдатель находится в Северном полушарии, над горизонтом виден северный небесный полюс; в Южном — южный. Высота видимого полюса над горизонтом равна широте места: чем дальше человек от экватора к полюсу, тем выше полюс. Поэтому высота Полярной звезды, расположенной близко к северному небесному полюсу, приблизительно показывает широту.
Суточные пути звёзд параллельны небесному экватору, но угол этих путей к горизонту меняется с широтой. На экваторе небесный экватор проходит через зенит и пересекает горизонт почти перпендикулярно, поэтому звёзды поднимаются и опускаются круто. По мере продвижения к полюсу небесный экватор наклоняется к горизонту всё меньше. У полюса он идёт параллельно горизонту.
На экваторе, кроме звёзд у небесных полюсов, светила пересекают горизонт: часть восходит и заходит в течение суток. У земного полюса пути звёзд параллельны горизонту, поэтому звёзды не пересекают его. Светила, оказавшиеся над горизонтом, остаются видимыми, а расположенные под ним не восходят. Это крайние случаи, между которыми условия наблюдения постепенно меняются.
В промежуточных широтах часть звёзд движется по окружностям, целиком лежащим над горизонтом, часть — по окружностям под ним. Остальные пересекают горизонт и ежедневно восходят и заходят. Какая именно звезда попадёт в каждую группу, зависит от широты наблюдателя и склонения звезды — её углового расстояния от небесного экватора. В Северном полушарии звёзды с δ > 90° − φ не заходят, где δ — склонение, а φ — широта места.
| Географическая широта | Высота видимого небесного полюса | Положение небесного экватора относительно горизонта | Характер видимого движения звёзд |
|---|---|---|---|
| Экватор: 0° | 0° — полюс на горизонте | Пересекает горизонт почти перпендикулярно | Большинство звёзд восходит и заходит |
| Промежуточные широты: от 0° до 90° | Равна широте места | Наклонён к горизонту; наклон зависит от широты | Есть незаходящие, невосходящие, восходящие и заходящие звёзды |
| Северный или Южный полюс: 90° | 90° — полюс в зените | Параллелен горизонту | Звёзды не пересекают горизонт |
Сначала найдите в таблице широту наблюдателя, затем сравните положение небесного экватора и описание движения звёзд. Для промежуточных широт одной строки недостаточно, чтобы определить судьбу конкретной звезды: нужно учитывать её склонение. В Южном полушарии виден южный небесный полюс, но зависимость высоты полюса от широты сохраняется.
Наблюдатель находится на широте 55° с. ш. Нужно определить высоту северного небесного полюса над горизонтом. В этой задаче не требуется вычислять положение звезды на небесной сфере: используем прямую связь широты и высоты видимого полюса. Обозначим географическую широту через φ, а искомую высоту через h.
Ответ: высота северного небесного полюса равна 55°.
На широте 50° с. ш. наблюдают звезду со склонением +60°. Нужно выяснить, опускается ли она за горизонт. Знак «плюс» показывает, что звезда находится к северу от небесного экватора. В Северном полушарии незаходящими являются звёзды со склонением больше 90° − φ.
Ответ: да, звезда является незаходящей на широте 50° с. ш.
Звезда со склонением +20° наблюдается на широте 40° с. ш. Требуется найти высоты верхней и нижней кульминаций, а затем установить, восходит и заходит ли звезда. Склонение и широта положительны, значит, звезда и наблюдатель находятся по одну сторону небесного экватора. Для высот применяем формулы hверх = 90° − |φ − δ| и hниж = |φ + δ| − 90°.
Ответ: высота верхней кульминации 70°, нижней — −30°; звезда восходит и заходит.
Иногда высоту небесного полюса принимают за угол от экватора до горизонта. Причина — смешение географической широты с направлением, в котором её отсчитывают на Земле. Проверка проста: на экваторе широта и высота полюса равны 0°, а на полюсе — 90°; речь идёт именно о высоте полюса над горизонтом.
Другая ошибка — считать, что звёзды движутся вслед за вращением Земли, то есть с запада на восток. Так происходит потому, что направление вращения Земли и кажущееся перемещение неба легко перепутать. Проверьте рассуждение по наблюдению: звезда появляется на востоке и смещается к западу, то есть видимо движется противоположно вращению Земли.
Не следует считать, что на любой широте все звёзды восходят и заходят. Такое представление возникает, если учитывать только движение по небесной сфере и забывать о линии горизонта. Для проверки сравните крайние случаи: у полюса пути параллельны горизонту, а на промежуточных широтах часть светил остаётся над ним или под ним.
Наконец, нельзя определять незаходимость звезды только по широте наблюдателя. Широта задаёт границу, но положение звезды относительно неё определяется склонением, а знак склонения нужно сопоставлять с полушарием. Проверьте условие целиком: в Северном полушарии сравните δ с 90° − φ, а в Южном учитывайте южное склонение и видимый южный полюс.
Для понимания суточного движения нужно знать, как вращается Земля, что показывает географическая широта и чем отличаются горизонтальная и экваториальная системы координат. В частности, склонение задаёт положение светила относительно небесного экватора, а высота — относительно горизонта наблюдателя. Эти знания помогают связывать координаты на небесной сфере с тем, что человек видит на небе.
Тема пригодится при ориентировании по Полярной звезде и сравнении звёздного неба в разных регионах. Она также подготавливает к изучению небесных координат и видимого движения других светил. Понимая роль широты и склонения, легче планировать наблюдения и объяснять, почему одно и то же созвездие доступно не из всех мест.
Почему звёзды кажутся движущимися по небу?
Земля вращается вокруг своей оси с запада на восток. Поэтому наблюдателю кажется, что небесная сфера и звёзды движутся в противоположную сторону — с востока на запад.
Как по широте наблюдателя определить высоту Полярной звезды?
Высота северного небесного полюса над горизонтом равна географической широте места. Полярная звезда находится близко к этому полюсу, поэтому её высота примерно равна широте наблюдателя в Северном полушарии.
Почему на разных широтах звёзды движутся по-разному наклонённым путям?
Видимые суточные пути звёзд параллельны небесному экватору, а его положение относительно горизонта меняется с широтой. На экваторе он пересекает горизонт почти перпендикулярно, а у полюсов располагается параллельно ему.
Какие звёзды называют незаходящими?
Незаходящие, или околополярные, звёзды при данной широте не опускаются за горизонт. В Северном полушарии условие для них: δ > 90° − φ, где δ — склонение звезды, а φ — широта места.
Почему у земных полюсов звёзды не восходят и не заходят?
У полюса небесный полюс находится в зените, а видимые пути звёзд идут параллельно горизонту. Поэтому звёзды не пересекают горизонт: одни всё время остаются над ним, а другие — под ним.
§ 5. Видимое движение звёзд на различных географических широтах
