§ 44. Видимое движение звёзд, Солнца и Луны

Определения и обозначения

Небесная сфера — воображаемая сфера, на которую мысленно проецируются наблюдаемые светила. Она нужна не потому, что звёзды действительно прикреплены к сфере, а для удобного описания их положения и движения с Земли. На ней можно отмечать горизонт, стороны света и суточные пути светил.

Видимое движение светил — изменение положения звезды, Солнца или Луны на небесной сфере относительно горизонта и созвездий. Слово «видимое» показывает, что речь идёт о наблюдении с Земли. Такое описание помогает отделить эффект движения наблюдателя от собственного движения небесного тела.

Суточное движение — кажущееся перемещение светил с востока на запад за сутки. Его главная причина — вращение Земли вокруг своей оси с запада на восток. Понятие нужно, чтобы объяснить восходы и заходы светил и их повторяющиеся пути по небу.

Эклиптика — видимый годовой путь Солнца среди звёзд. Он связан с обращением Земли вокруг Солнца, поскольку наблюдатель находится на движущейся Земле. По эклиптике Солнце постепенно смещается среди созвездий с запада на восток.

Как это устроено

Земля вращается вокруг оси с запада на восток, поэтому земной наблюдатель поворачивается навстречу светилам. Из-за этого ему кажется, что небесная сфера вращается в противоположную сторону — с востока на запад. Так объясняются восход светил на востоке, их движение по небу и заход на западе.

На небесной сфере каждое светило за сутки описывает свой суточный круг. Часть такого круга может находиться над горизонтом, а часть — под ним, поэтому светило восходит и заходит. Высота и продолжительность видимого пути зависят от места наблюдения на Земле и положения светила.

Созвездия сохраняют взаимное расположение, потому что расстояния между звёздами огромны, а их собственное движение за короткое время почти незаметно. Поэтому звёзды как будто прикреплены к небесной сфере и совершают почти одинаковое суточное движение. Если суточный круг звезды целиком находится над горизонтом, она не заходит; такие светила называют незаходящими.

Солнце за день, как и звёзды, перемещается по небу с востока на запад из-за вращения Земли. Но одновременно Земля обращается вокруг Солнца, поэтому направление от Земли к Солнцу постепенно меняется относительно далёких звёзд. В результате Солнце за год проходит среди созвездий с запада на восток по эклиптике.

Луна получает от Земли суточное движение вместе с другими светилами, но сама обращается вокруг Земли. Поэтому относительно созвездий она заметно смещается с запада на восток, проходя примерно 13° за сутки. С изменением её положения меняется освещённая Солнцем часть, видимая с Земли, и возникают фазы Луны.

Сравнение видимого движения звёзд, Солнца и Луны

Сначала сравнивайте направление суточного движения: у всех трёх объектов оно в основном одинаково и связано с вращением Земли. Затем смотрите на движение относительно созвездий: именно оно показывает различия между далёкими звёздами, Солнцем и Луной.

Периоды в таблице относятся к перемещению на фоне звёзд, а не к ежедневному прохождению по небу. Это помогает не путать два движения Солнца и Луны.

Разбор задач

Задача 1. Направление движения звёзд

Объясните, почему звёзды восходят на востоке и заходят на западе, хотя Земля вращается в противоположном направлении. Нужно связать наблюдаемое направление с вращением Земли. Ответ должен объяснять именно видимое, а не настоящее движение звёзд.

1. Определим направление вращения Земли: она вращается с запада на восток.
2. Учтём, что наблюдатель находится на поверхности Земли и движется вместе с ней.
3. Сделаем вывод: относительно наблюдателя небесная сфера кажется вращающейся с востока на запад.

Поэтому звёзды появляются над восточным горизонтом, проходят по небу и скрываются за западным горизонтом. В действительности их суточное движение в основном кажущееся. Причина наблюдаемого перемещения — вращение Земли вокруг оси.

Задача 2. Путь Солнца среди созвездий

Определите, в каком направлении и примерно за какой срок Солнце перемещается среди созвездий. Необходимо отличить этот путь от ежедневного движения Солнца над горизонтом. Используйте понятие эклиптики.

1. Ежедневный путь Солнца связан с вращением Земли и направлен с востока на запад.
2. Обращение Земли вокруг Солнца меняет направление на Солнце относительно далёких звёзд.
3. Запишем результат: среди созвездий Солнце смещается с запада на восток и проходит круг примерно за год.

Солнце движется по эклиптике — своему видимому годовому пути среди звёзд. Полный период такого перемещения составляет около 365 суток. Значит, суточное и годовое движения имеют разные причины, направления и периоды.

Задача 3. Изменение вида Луны

Объясните, почему через несколько дней после новолуния Луна видна в другой части неба и приобретает форму серпа или полукруга. Нужно учесть и её суточное движение, и обращение вокруг Земли. Также следует объяснить изменение освещённой части.

1. Луна обращается вокруг Земли и каждый день смещается относительно созвездий с запада на восток.
2. Солнце освещает половину лунной поверхности, но с Земли видна не всегда вся освещённая половина.
3. По мере изменения положения Луны меняется доля освещённой части, обращённой к наблюдателю, поэтому возникает новая фаза.

После новолуния Луна удаляется от направления на Солнце и становится видна вечером как растущий серп. Позже освещённая часть увеличивается и может иметь вид полукруга. Примерно за месяц последовательность фаз повторяется.

Типичные ошибки

Ошибка 1. Считать, что звёзды действительно обращаются вокруг Земли за сутки. Так происходит, если смешать наблюдаемое движение с реальным. Проверьте себя вопросом: какое движение создаёт эффект смены дня и ночи?

Ошибка 2. Путать суточное движение Солнца с его годовым перемещением среди созвездий. Ежедневный путь идёт с востока на запад, а годовой — с запада на восток. Для проверки назовите отдельно причину каждого движения.

Ошибка 3. Утверждать, что Луна движется по небу только из-за вращения Земли. Тогда невозможно объяснить её заметное смещение относительно звёзд и смену фаз. Проверьте, учтено ли обращение Луны вокруг Земли.

Ошибка 4. Путать направление движения светила с направлением движения Земли по орбите или вокруг оси. Направление видимого суточного движения противоположно вращению Земли. Сначала уточните, о каком движении — суточном или годовом — говорится в условии.

Связь с другими темами

Для темы нужны знания о вращении Земли вокруг оси, обращении Земли вокруг Солнца и движении Луны вокруг Земли. Они объясняют смену дня и ночи, годовой ход Солнца и месячный цикл лунных фаз.

Видимое движение связано с отсчётом времени, календарём, сменой времён года и месяцами. Эти представления понадобятся при изучении фаз Луны, затмений, движения планет и основ астрономических наблюдений.

Что запомнить

• Видимое движение светил — изменение их положения на небесной сфере для земного наблюдателя.
• Суточное движение светил с востока на запад объясняется вращением Земли с запада на восток.
• Звёзды сохраняют взаимное расположение, поэтому их движение называют суточным вращением небесной сферы.
• Солнце за год перемещается среди созвездий по эклиптике с запада на восток.
• Луна участвует в суточном движении и одновременно смещается относительно звёзд.
• Смена фаз Луны связана с её обращением вокруг Земли и различным освещением её поверхности Солнцем.