"Физика", Изергин Э.Т.
Звёзды, Солнце и Луна кажутся движущимися по небу, хотя суточное перемещение в основном вызвано вращением Земли вокруг оси. Чтобы описывать наблюдаемую картину, используют небесную сферу и небесные полюса. Звёзды за сутки проходят с востока на запад, Солнце дополнительно меняет положение среди созвездий за год, а Луна делает это ещё быстрее. Эти различия помогают объяснить смену фаз Луны, времён года и видимый путь светил.
Текст подготовлен нейронной сетью по теме параграфа и не заменяет учебник — важные факты и формулировки сверяйте с ним.
Небесная сфера — условная сфера, окружающая наблюдателя, на которую мысленно проецируются небесные тела. Она нужна не потому, что звёзды действительно расположены на одной сфере, а потому, что так удобно описывать их видимое положение. На такой сфере отмечают небесный экватор, полюса и пути светил.
Суточное движение светил — их кажущееся перемещение по небесной сфере с востока на запад за одни сутки. Такое описание помогает сравнивать наблюдения Солнца, Луны и звёзд, не смешивая их с настоящим движением в космосе. Полный видимый круг или его часть светило проходит из-за вращения Земли.
Годовое движение Солнца — видимое перемещение Солнца среди звёзд с запада на восток в течение года. Оно заметно, если сравнивать положение Солнца не с горизонтом, а с созвездиями. Это движение объясняется обращением Земли вокруг Солнца.
Эклиптика — видимый годовой путь Солнца среди звёзд на небесной сфере. Эклиптика нужна, чтобы отмечать, как меняется положение Солнца относительно небесного экватора и созвездий. Её наклон определяет изменение высоты Солнца над горизонтом в течение года.
Звёзды, Солнце и Луна ежедневно восходят на востоке и заходят на западе не потому, что за сутки облетают Землю. Земля вращается вокруг своей оси с запада на восток, поэтому наблюдателю кажется, что небесные тела перемещаются в обратную сторону. Это относительное движение похоже на видимое смещение предметов назад у пассажира движущегося поезда.
Из-за вращения Земли звёзды описывают на небесной сфере круги вокруг небесных полюсов. Северный небесный полюс находится рядом с Полярной звездой, поэтому она кажется почти неподвижной относительно горизонта. Чем дальше звезда от полюса, тем больший круг она проходит за сутки.
Солнце отличается от далёких звёзд тем, что его положение среди созвездий постепенно меняется. За сутки оно участвует в общем движении с востока на запад, а одновременно немного смещается среди звёзд с запада на восток. Полный путь такого дополнительного смещения Солнце проходит примерно за год.
В течение года Солнце меняет положение относительно небесного экватора и высоту над горизонтом, потому что эклиптика наклонена к небесному экватору. Поэтому в разные сезоны Солнце проходит по небу на разной высоте и находится над горизонтом разное время. Изменение высоты связано с обращением Земли вокруг Солнца, а не с суточным вращением Земли.
Луна тоже каждый день участвует в видимом движении с востока на запад, но одновременно заметно смещается среди звёзд с запада на восток. Она проходит полный круг относительно звёзд примерно за 27,3 суток, поэтому её восточное смещение за сутки больше, чем у Солнца. Фазы Луны меняются по другой шкале: одинаковая фаза повторяется примерно через 29,5 суток.
В таблице сначала указано общее суточное движение, вызванное вращением Земли, а затем — дополнительное перемещение среди звёзд. Сравнивая периоды, можно понять, почему Луна меняет положение заметнее Солнца, а звёзды почти сохраняют взаимное расположение. Период 29,5 суток относится к повторению фаз Луны, а не к её обороту относительно звёзд.
| Небесное тело | Суточное видимое движение | Дополнительное перемещение среди звёзд | Период дополнительного движения | Основная причина |
|---|---|---|---|---|
| Звёзды | С востока на запад; видимые круги вокруг небесных полюсов | Практически не заметно за короткий срок | Один звёздный год для повторения положения | Вращение Земли вокруг оси |
| Солнце | С востока на запад | С запада на восток по эклиптике | Один год | Вращение Земли вокруг оси и её обращение вокруг Солнца |
| Луна | С востока на запад | С запада на восток среди звёзд | Около 27,3 суток относительно звёзд; около 29,5 суток между одинаковыми фазами | Вращение Земли и обращение Луны вокруг Земли |
Условие: объяснить, почему звёзды восходят на востоке и заходят на западе, хотя Земля вращается с запада на восток. Нужно установить, какое движение является настоящим, а какое — видимым.
Ответ: звёзды восходят на востоке и заходят на западе из-за вращения Земли с запада на восток. Их суточное движение по небу является видимым, а не обращением звёзд вокруг Земли.
Условие: определить направление и срок смещения Солнца среди звёзд. Нельзя путать это смещение с ежедневным движением по небосводу.
Ответ: дополнительное годовое движение Солнца направлено с запада на восток, а его период составляет около года. Суточный путь и годовой путь имеют разные причины и направления.
Условие: вечером Луна наблюдалась рядом с определённой звездой. Требуется определить, где искать её через несколько суток, и объяснить изменение фазы.
Ответ: через несколько суток Луну нужно искать восточнее звезды, а её освещённая часть будет иметь другую форму. Полный оборот относительно звёзд длится около 27,3 суток, но одинаковая фаза возвращается примерно через 29,5 суток.
Ошибка — считать, что Солнце и звёзды действительно обращаются вокруг Земли за сутки. Так думают, потому что наблюдатель непосредственно видит их перемещение по небу. Проверка проста: вспомните, что Земля вращается, и сравните направление её вращения с видимым направлением движения светил.
Ошибка — путать направления суточного и годового движения. За сутки светила кажутся движущимися с востока на запад, а Солнце и Луна среди звёзд смещаются с запада на восток. Чтобы проверить себя, сначала укажите, сравниваете ли вы положение через часы или положение относительно созвездий.
Ошибка — называть период смены фаз Луны её периодом обращения относительно звёзд. Число 27,3 суток относится к звёздному месяцу, а около 29,5 суток — к синодическому месяцу между одинаковыми фазами. Если в условии говорится о фазах, выбирайте 29,5 суток.
Ошибка — считать Полярную звезду абсолютно неподвижной. Она почти неподвижна относительно горизонта, но остальные звёзды описывают вокруг северного небесного полюса видимые круги. Проверить это можно, наблюдая изменение положения созвездий в течение ночи.
Для понимания темы нужны знания о вращении Земли вокруг оси, её обращении вокруг Солнца и смене дня и ночи. Эти движения задают различия между суточным и годовым перемещением светил. Без них легко принять видимое движение за настоящее.
Нужно уметь различать наблюдаемое движение и истинное движение небесных тел. Такой навык помогает объяснить восходы, заходы и путь Солнца без представления о вращении всей Вселенной вокруг Земли.
Тема связана с фазами Луны, календарём, временами года, часовыми поясами и ориентированием по звёздам. Например, положение Солнца определяет сезонные изменения, а положение Полярной звезды помогает найти направление на север.
Почему звёзды движутся по кругу вокруг Полярной звезды?
Звёзды кажутся движущимися по кругам из-за вращения Земли вокруг своей оси. Полярная звезда находится близко к северному небесному полюсу, поэтому остальные звёзды видны как будто обращающимися вокруг неё.
Почему Солнце каждый день восходит и заходит, если оно не вращается вокруг Земли?
Суточные восход и заход Солнца — результат вращения Земли с запада на восток. Наблюдателю кажется, что светило перемещается в противоположную сторону, то есть с востока на запад.
Чем суточное движение Солнца отличается от его годового движения?
Суточное движение — это видимый путь Солнца с востока на запад за сутки, вызванный вращением Земли. Годовое движение происходит среди звёзд с запада на восток и связано с обращением Земли вокруг Солнца.
Почему Луна каждую ночь оказывается немного восточнее среди звёзд?
Луна обращается вокруг Земли и поэтому ежедневно заметно смещается среди далёких звёзд с запада на восток. За сутки это смещение составляет примерно 13°, поэтому положение Луны меняется достаточно быстро.
Почему период обращения Луны и период смены её фаз различаются?
За 27,3 суток Луна делает оборот относительно звёзд, но за это время Земля успевает переместиться по своей орбите. Поэтому для повторения положения относительно Солнца и Земли требуется около 29,5 суток — синодический месяц.
§ 42. Видимое движение звёзд, Солнца и Луны
