"Астрономия", Галузо И.В., Голубев В.А., Шимбалев А.А.
Положение звезды или планеты на небе можно описать числами — небесными координатами. Для этого используют модель небесной сферы и две системы отсчёта: горизонтальную, связанную с горизонтом наблюдателя, и экваториальную, связанную с небесным экватором. Первая помогает определить, где светило видно сейчас, вторая — находить его на звёздной карте. Главное — не путать точки и линии, от которых отсчитываются координаты.
Текст подготовлен нейронной сетью по теме параграфа и не заменяет учебник — важные факты и формулировки сверяйте с ним.
Небесная сфера — воображаемая сфера произвольного радиуса, на которую для удобства проецируют положения небесных светил. Радиус этой модели не важен: наблюдателя интересует направление на звезду, а не её расстояние. Такая модель помогает изображать небо и задавать координаты объектов.
Горизонтальная система координат задаёт положение светила высотой над горизонтом и азимутом. Высоту обычно обозначают h, а азимут — A. Эта система описывает, где объект находится относительно горизонта конкретного наблюдателя.
Экваториальная система координат задаёт положение светила склонением и прямым восхождением. Склонение обозначают δ, прямое восхождение — α. Эти координаты связаны с небесным экватором и точкой весеннего равноденствия, поэтому удобны для нанесения объектов на звёздные карты.
Склонение — угловое расстояние светила от небесного экватора, отсчитываемое к северу или югу. Его выражают в градусах: к северу склонение положительное, к югу — отрицательное. По нему можно понять, по какую сторону небесного экватора расположено светило и насколько далеко от него.
Реальное небо нельзя разложить перед собой как плоскую карту, а расстояния до большинства светил слишком велики, чтобы использовать их при описании видимого положения. Поэтому астрономы мысленно помещают объекты на небесную сферу, сохраняя направления на них. На сфере проводят небесный экватор — большой круг, полученный продолжением плоскости земного экватора до пересечения со сферой. Ось вращения Земли мысленно продолжают до полюсов мира, а плоскость местного горизонта задаёт горизонт наблюдателя.
В горизонтальной системе первую координату, высоту, измеряют от горизонта по вертикальному кругу, проходящему через светило и зенит — точку прямо над головой. На горизонте высота равна 0°, в зените — 90°; ниже горизонта она отрицательна. Вторая координата, азимут, показывает направление на светило вдоль горизонта. Начало и направление отсчёта могут различаться: часто отсчитывают от севера по часовой стрелке, но встречается и отсчёт от юга, поэтому соглашение нужно проверить.
В экваториальной системе склонение показывает, насколько далеко светило отстоит от небесного экватора: его отсчитывают по кругу склонения к северу или югу. Прямое восхождение измеряют вдоль небесного экватора от точки весеннего равноденствия — одного из пересечений экватора с эклиптикой, видимым годовым путём Солнца. Отсчёт ведут в сторону увеличения прямого восхождения; координату задают углом или в часовой мере. Вместе α и δ определяют точку на небесной сфере.
Горизонтальные координаты связаны с наблюдателем, который стоит на вращающейся Земле. За ночь небесные объекты кажутся перемещающимися относительно горизонта, поэтому меняются их высота и азимут; положение наблюдателя также влияет на эти значения. Экваториальные координаты привязаны к небесному экватору и точке весеннего равноденствия, а не к местному горизонту. Из-за этого за короткое время они практически сохраняются, хотя в очень длительных масштабах могут медленно изменяться.
Географическое положение наблюдателя влияет на то, какие участки неба видны и как небесный экватор расположен относительно горизонта. Например, на разных широтах полюс мира поднимается над горизонтом на разную высоту. Чтобы описать видимое положение объекта прямо сейчас, удобны горизонтальные координаты; чтобы найти его на карте или сообщить положение другому наблюдателю, используют экваториальные. Сопоставляя системы, можно перейти от координат объекта на карте к его положению над местным горизонтом.
| Свойство | Горизонтальная система | Экваториальная система |
|---|---|---|
| Координаты светила | Высота h и азимут A | Склонение δ и прямое восхождение α |
| Основная плоскость отсчёта | Плоскость местного горизонта | Плоскость небесного экватора |
| Начало отсчёта первой координаты | Горизонт, от которого вверх отсчитывают высоту | Небесный экватор, от которого отсчитывают склонение |
| Направление отсчёта второй координаты | Вдоль горизонта от принятой начальной точки | Вдоль небесного экватора от точки весеннего равноденствия |
| Изменение координат в течение суток | Заметно меняются | За короткое время практически не меняются |
При чтении таблицы сначала определите, к какой плоскости привязана система: к местному горизонту или небесному экватору. Затем проверьте, откуда отсчитывают каждую координату, особенно азимут: его соглашение может отличаться. Это помогает не переносить правила одной системы на другую.
На схеме небесной сферы отмечено светило. Нужно указать его высоту и азимут. Самой схемы для решения здесь не требуется: важно понять, какие линии следует найти и как по ним прочитать координаты.
Ответ. Высота — угол между горизонтом и направлением на светило; азимут — угол вдоль горизонта от выбранного начала отсчёта. Численные значения можно указать только по самой схеме или её угловой шкале. Если светило расположено ниже горизонта, высота будет отрицательной.
Светило находится на высоте 35° и азимуте 120°. Нужно описать его положение относительно горизонта и сторон света. Для азимута примем соглашение, при котором отсчёт идёт от севера по часовой стрелке. Тогда точки востока, юга и запада соответствуют 90°, 180° и 270°.
Ответ. Светило видно над горизонтом на высоте 35°. Оно расположено в направлении между востоком и югом, на 30° южнее востока при указанном соглашении об азимуте. Зенитное расстояние при этом равно 55°, поскольку 90° − 35° = 55°.
Даны склонение светила и его прямое восхождение. Требуется описать положение объекта относительно небесного экватора и точки весеннего равноденствия, а также объяснить, почему в разные часы он виден в разных местах неба. Численные значения координат не заданы, поэтому нужно описать общий способ построения. Здесь важно различать положение на сфере и видимое положение над местным горизонтом.
Ответ. Склонение задаёт положение к северу или югу от небесного экватора, а прямое восхождение — положение вдоль него от точки весеннего равноденствия. Вместе координаты определяют место светила на небесной сфере. В разные часы меняются его горизонтальные координаты, поскольку меняется положение горизонта наблюдателя относительно видимого суточного движения неба.
Путать высоту с зенитным расстоянием. Высоту отсчитывают от горизонта, зенитное расстояние — от зенита, поэтому их направления отсчёта противоположны. Путаница возникает из-за того, что оба угла описывают вертикальное положение светила. Проверьте себя соотношением h + z = 90°: если высота 35°, зенитное расстояние равно 55°.
Считать, что азимут всегда отсчитывают одинаково. В разных описаниях началом может быть север или юг, а направление отсчёта тоже следует уточнять. Из-за этого одно число может соответствовать разным направлениям. Перед ответом найдите условие или подпись, задающую начальную точку и направление; сверяйтесь со сторонами горизонта.
Путать склонение с географической широтой. Обе величины измеряются углом относительно экватора, поэтому названия легко мысленно связать. Но географическая широта относится к Земле, а склонение — к небесной сфере и небесному экватору. Для проверки спросите себя, описывается ли точка на земной поверхности или положение светила на небе.
Считать координаты обеих систем неизменными. Так бывает, если не учитывать, что горизонтальная система привязана к наблюдателю на вращающейся Земле. Высота и азимут звезды меняются в течение ночи, а её экваториальные координаты за короткое время практически постоянны. Проверьте, к какой плоскости привязаны координаты: местному горизонту или небесному экватору.
Для работы с небесными координатами нужны знания об угловых величинах, сторонах горизонта, географическом горизонте и модели небесной сферы. Без них трудно понять, от каких линий и точек измеряют углы. Полученные навыки пригодятся при чтении карт звёздного неба и поиске объектов по их координатам. Различие двух систем также помогает описывать видимое суточное движение светил.
Зачем астрономы изображают светила на небесной сфере?
Расстояния до звёзд очень велики, поэтому при наблюдении важнее их видимое направление, а не удалённость. Небесная сфера позволяет условно нанести эти направления на удобную поверхность и задавать положение светил координатами.
Чем высота отличается от зенитного расстояния?
Высоту отсчитывают от горизонта вверх, а зенитное расстояние — от точки зенита, расположенной прямо над наблюдателем. Эти углы дополняют друг друга до 90°: h + z = 90°.
Откуда и в каком направлении отсчитывают азимут?
Это зависит от принятого соглашения, поэтому его нужно уточнять. Часто азимут отсчитывают по горизонту от точки севера по часовой стрелке; в некоторых учебных описаниях началом служит точка юга.
Чем склонение отличается от географической широты?
Географическая широта относится к точке на Земле и отсчитывается от земного экватора. Склонение задаёт положение светила на небесной сфере относительно небесного экватора.
Почему горизонтальные координаты звезды меняются в течение ночи?
Из-за вращения Земли небесная сфера кажется наблюдателю движущейся. Поэтому меняется положение звезды относительно местного горизонта, хотя её экваториальные координаты за короткое время почти постоянны.
§ 3. Небесные координаты
