§ 3.  ИЗМЕНЕНИЕ ВИДА ЗВЕЗДНОГО НЕБА В ТЕЧЕНИЕ СУТОК

 

Рис. 7. Фотография околополярной области неба.

1. Небесная сфера и ее вращение. На рисунке 7 показана область звездного неба вблизи Полярной звезды, сфотографированная неподвижным фотоаппаратом. Каждая звезда оставила след — светлую дугу. Вблизи общего центра всех дуг выделяется след, оставленный Полярной звездой. Чем продолжительнее экспозиция, тем большую дугу прочерчи­вает звезда. Любая из дуг составляет одну и ту же часть своей окружности. Например, при фотографировании с двух­часовой экспозицией длина дуги равна 1/12 окружности. Значит, за 2 ч небосвод поворачивается на 360° : 12 = 30°, а полный оборот он совершает за сутки. При суточном враще­нии небосвода взаимное расположение звезд не меняется, и нам кажется, что звезды находятся на внутренней стороне огромной шаровой поверхности (сфере). В действительности это, конечно, не так: звезды движутся в пространстве и расстояния до них различны, но для изучения видимого расположения светил и явлений, которые можно наблюдать на небе в течение суток или многих месяцев, астрономы применяют понятие «небесная сфера». Небесная сфера — это воображаемая сфера произвольного радиуса. Центр ее в за­висимости от решаемой задачи совмещают с той или иной точкой пространства. В частности, о видимой нами небесной сфере можно сказать, что это воображаемая сфера сколь угодно большого радиуса, в центре которой находится глаз наблюдателя. На такую сферу и проецируют звезды, Солнце, Луну, планеты и т. д., отвлекаясь от действитель­ных расстояний до светил и рассматривая лишь угловые расстояния между ними.

Наблюдаемое суточное вращение небесной сферы (оно происходит с востока на запад) кажущееся явление, от­ражающее действительное вращение земного шара вокруг оси (с запада на восток). Ось видимого вращения небесной сферы называется осью мира. Мы не сделаем большой ошибки, если, основываясь на определении небесной сферы, будем считать, что ось мира совпадает с земной осью. Более строго: ось мира параллельна земной оси. Ось мира пересе­кает небесную сферу в двух точках Р и Р1 полюсах мира (рис. 8). Вблизи северного полюса мира в настоя­щее время находится α Малой Медведицы — Полярная звезда.

Рис. 8. Небесная сфера и ось мира.

Рис. 9. Горизонтальная система координат.

2. Горизонтальная система координат. Чтобы получить возможность практически применять небесную сферу, допол­ним чертеж (рис. 8) рядом линий и точек (рис. 9). Находя­щийся на Земле наблюдатель всегда может с помощью от­веса определить направление отвесной (вертикальной) линии. Эта линия пересекает небесную сферу в двух ди­аметрально противоположных точках — в  зените Z  и  надире Z1. Плоскость, проходящая через центр небесной сферы и проведенная перпендикулярно отвесной линии, пе­ресекает небесную сферу по большому кругу. Он называется истинным горизонтом (в отличие от известного вам из географии видимого горизонта). Через три точки Z, О и Р можно провести единственную плоскость, которая пе­ресечет небесную сферу по большому кругу, называемому небесным меридианом. Плоскости небесного го­ризонта и меридиана пересекаются по прямой NS (точки N и  S — соответственно точки севера и юга).   Ее  называют полуденной линией (в этом направлении отбрасывают тень предметы, освещаемые Солнцем, в пол­день). Наконец, через зенит Z, надир Z1, и точку, в которой в данный момент находится светило М, можно провести большой полукруг небесной сферы, который называется кругом высоты или вертикалом. Мгновенное положение светила М относительно горизонта и небесного меридиана определяется двумя координатами: высотой (h) и азимутом (А), которые называются горизонтальными.

Высота светила — это угловое расстояние светила от горизонта (дуга вертикала от  точки  его  пересечения с  линией горизонта до светила М1М), или центральный угол MOM1. Высота измеряется в градусах, минутах и секундах (от 0 до 90°). Часто h заменяют равноценной ей координа­той z (зенитное расстояние), показывающей угло­вое расстояние светила от зенита. Очевидно, что

.                                                                                                                    (1)

Вторая координата в горизонтальной системе Аугловое расстояние вертикала светила от точки юга (дуга истин­ного горизонта SM1), или центральный угол SOM1. В астрономии азимуты отсчитываются от точки юга в направ­лении суточного движения светила, т. е. от S по ходу часо­вой стрелки (к западу). Измеряется азимут в градусах, ми­нутах и секундах (в интервале от 0 до 360°).

 

Рис. 10. Изменение горизонтальных координат светила М1.

Рис. 11. Суточные параллели светил: восходящего и заходящего (М1), незаходящего (М2), невосходящего (М3).

3. Изменение горизонтальных координат. Кульминации светил. Участвуя во вращении небесной сферы, светило М1 в течение суток опишет суточную параллель алый круг небесной сферы, плоскость которого перпенди­кулярна оси мира (рис. 10). В какой-то момент времени оно взойдет в восточной части горизонта (М2). В этот момент его горизонтальные координаты будут h=0°, А = SNM2. За­тем светило начнет подниматься над горизонтом и наиболь­шей высоты достигнет в момент прохождения через небес­ный меридиан. Это будет верхняя кульминация светила.  Светило окажется  в точке М3 (над точкой S).  Его азимут будет А = 0°, а высота h = SM3. Далее высота све­тила будет уменьшаться и достигнет 0° в момент захода све­тила в западной части горизонта (точка М4, А = SM4). Свой дальнейший путь выбранное нами светило будет совер­шать под горизонтом. В точке М5 оно снова пересечет небес­ный меридиан. Это будет нижняя кульминация светила (светило находится под горизонтом, следовательно, наблюдатель его не видит; А = 180°). Последний участок сво­его пути светило проходит от точки нижней кульминации до точки восхода. Таким образом, мы, во-первых, убедились в том, что горизонтальные координаты светила в течение суток непрерывно изменяются. Во-вторых, мы рассмотрели движение светила, у которого только верхняя кульминация происходит над горизонтом. Такие светила называются восходящими и заходящими. Но, очевидно, в отличие от них светила могут быть незаходящими или невосходящими (их суточные параллели пока­заны на рисунке 11).