- пояснение - в идеале работа выполняется в компьютерной обучающей программе ИИСС "Планетарий"

Без данной программы можно выполнить работу с помощью подвижной карты звёздного неба: карта и накладной круг.

Практическая работа с подвижной картой
звездного неба.

Тема . Видимое движение Солнца

Цели урока .

Учащиеся должны уметь:

1. Определять по карте экваториальные координаты светил и, наоборот, зная координаты находить светило и определять его название по таблице;

2. Зная экваториальные координаты Солнца, определять его положение на небесной сфере;

3. Определять время восхода и захода, а также время пребывания над горизонтом звезд и Солнца;

4. Вычислять высоту светила над горизонтом в верхней кульминации, зная географическую широту места наблюдения и определив его экваториальные координаты по карте; решать обратную задачу.

5. Определять склонения светил, которые не восходят или не заходят для данной широты места наблюдения.

Основные понятия . Экваториальная и горизонтальная система координат.

Демонстрационный материал . Подвижная карта звездного неба. Планетарий. Иллюстрации.

Самостоятельная деятельность учащихся. Выполнение заданий с помощью электронного планетария и подвижной карты звездного неба.

Мировоззренческий аспект урока. Формирование научного подхода к изучению мира.

5. Что показывает знак склонения?

6. Чему равно склонение точек, лежащих на экваторе?

Найдите на карте концентрические окружности, центр которых совпадает с северным полюсом мира. Эти окружности – параллели, т. е. геометрическое место точек, имеющих одинаковое склонение. Первая окружность от экватора имеет склонение 30°, вторая – 60°. Склонение отсчитывается от небесного экватора, если к северному полюсу, то δ > 0; если к югу от экватора, то δ < 0.

Например, найдите a Возничего, Капеллу. Она находится посередине между параллелями 30° и 60°, значит её склонение примерно равно 45°.

Радиальные линии на карте соответствуют кругам склонения. Чтобы определить прямое восхождение светила, нужно определить угол от точки весеннего равноденствия до круга склонения, проходящего через данное светило. Для этого соедините северный полюс мира и светило прямой линией и продолжите ее до пересечения с внутренней границей карты, на которой обозначены часы, это и есть прямое восхождение светила.

Например, соединяем Капеллу с северным полюсом мира, продолжаем эту линию до внутреннего края карты – примерно 5 часов 10 минут.

Задание учащимся.

Определить экваториальные координаты светил и, наоборот, по данным координатам найти светило. Проверьте себя с помощью электронного планетария.

1. Определите координаты звезд:

1. a Льва	А) a = 5ч13м, d = 45°
2. a Возничего	Б) a = 7ч37м, d = 5°
3. a Малого Пса	В) a = 19ч50мин, d = 8°
4. a Орла	Г) a = 10ч, d = 12°
	Д) a = 5ч12мин, d = –8°
	Е) a = 7ч42мин, d = 28°

2. По приблизительным координатам определите, какие это звезды:

1. a = 5ч 12мин, d = –8°	А) a Возничего
2. a = 7ч 31мин, d =32°	Б) b Ориона
3. a = 5ч 52мин, d =7°	В) a Близнецов
4. a = 4ч 32мин, d =16°	Г) a Малого Пса
	Д) a Ориона
	Е) a Тельца

3. Определите экваториальные координаты и в каких созвездиях находятся:

Чтобы выполнить следующие задания, вспомним, как определить положение Солнца. Понятно, что Солнце всегда находится на линии эклиптики. Соединим календарную дату прямой линией с центром карты и точка пересечения этой линии с эклиптикой и есть положение Солнца в полдень.

Задание учащимся.

Вариант 1

4. Экваториальные координаты Солнца a = 15 ч, d = –15°. Определите календарную дату и созвездие, в котором находится Солнце.

А) a = 21 ч, d = 0° Б) a = –15°, d = 21 ч В) a = 21 ч, d = –15°

6. Прямое восхождение Солнца a =10ч 4мин. Какая яркая звезда находится в этот день недалеко от Солнца?

А) a Секстанта Б) a Гидры В) a Льва

Чтобы определить, какие светила находятся над горизонтом в данное время, надо на карту наложить подвижный круг. Совместить время, указанное на краю подвижного круга с календарной датой, обозначенной на краю карты, и созвездия, которые вы видите в «окошке», вы увидите над горизонтом в это время.

В течение суток небесная сфера совершает полный оборот с востока на запад, а горизонт не изменяет своего положения относительно наблюдателя. Если вращать накладной круг по часовой стрелке, имитируя суточное вращение небесной сферы, то мы заметим, что одни светила восходят над горизонтом, а другие заходят. Вращая накладной круг по часовой стрелке, заметьте положение круга, когда Альдебаран только появился над горизонтом. Посмотрите, какое время, отмеченное на накладном круге, соответствует нужной дате, это и будет искомое время восхода. Определите, в какой стороне горизонта восходит Альдебаран. Аналогично определите время и место захода звезды и вычислите продолжительность пребывания светила над горизонтом.

Задание учащимся.

7. Какие из созвездий, которые пересекает эклиптика, находятся над горизонтом в наших широтах в 22 часа 25 июня ?

А) Орел Б) Змееносец В) Лев

8. Определите время восхода и захода Солнца, продолжительность дня

9. Определите время восхода и захода Солнца, продолжительность дня

Вспомните соотношение, по которому, зная экваториальные координаты светил, можно вычислить высоту светила в верхней кульминации. Рассмотрим задачу. Запишем условие: широта Москвы j = 55°; так как известна дата – 21 марта – день весеннего равноденствия, то можем определить склонение Солнца – d = 0°.

Вопросы учащимся.

1. К югу или к северу от зенита кульминирует Солнце? (Т. к. d < j , то Солнце кульминирует к югу).

2. Какой формулой для вычисления высоты следует воспользоваться?

3. (h = δ + (90˚ – φ)

4. Рассчитайте высоту Солнца. h = 0° + 90° – 55° = 35°

Задание учащимся. С помощью электронного планетария определите экваториальные координаты светил и проверьте правильность решения задачи.

1. На какой высоте находится Солнце в полдень 22.12 на широте Москвы 55°?

2. Чему равна высота Веги в верхней кульминации для Кишинева (j = 47°2`)?

3. На какой широте Вега кульминирует в зените?

4. Какому условию должно удовлетворять склонение Солнца, чтобы в полдень на данной широте j Солнце прошло через зенит?

Примечание:

1. (Альфа Большого Пса ; α CMa,Сириус ). Самая яркая звезда в созвездии Большого Пса и самая яркая звезда в небе. Это визуально-двойная звезда с периодом обращения 50 лет, основной компонент которой (A) является A-звездой, а второй компонент (B, Щенок) - белым карликом 8-й звездной величины. Сириус B оптически был впервые обнаружен в 1862г, а его тип был определен по спектру в 1925г. Сириус удален от нас на расстояние 8,7 световых лет и по близости к Солнечной системе занимает седьмое место. Название унаследовано от древних греков и означает "опаляющий", что подчеркивает блеск звезды. В связи с именем созвездия, к которому принадлежит Сириус, его называют также "Собачьей звездой". Третья звезда, коричневый карлик, ближе к (А), чем компонент (В), открыта французскими астрономами в 1995г.
2. (Альфа Волопаса , α Boo, Арктур ). Самая яркая звезда в созвездии Волопаса, оранжевый гигант, K-звезда, четвертая по яркости звезда в небе. Двойная, переменная. Название имеет греческое происхождение и означает “сторож медведя”. Арктур был первой звездой, которую удалось увидеть днём с помощью телескопа французскому астроному и астрологу Морен в 1635 году.
3. (Альфа Лиры ; α Lyr, Вега ). Самая яркая звезда в созвездии Лиры и пятая по яркости звезда в небе. Это A-звезда. В 2005 году космическим телескопом «Спитцер» были получены изображения Веги, а также окружающей звезду пыли в инфракрасном спектре. Вокруг звезды формируется планетная система.
4. (Альфа Возничего ; α Aur, Капелла ). Самая яркая звезда в созвездии Возничего, спектрально-двойная звезда, в которой основной компонент - гигантская G-звезда. Ее имя латинского происхождения и означает “маленькая козочка”.
5. (Бета Ориона ; β Ori, Ригель ). Самая яркая звезда в созвездии Ориона. Для ее обозначения использована греческая буква Бета, хотя она чуть ярче Бетельгейзе, обозначенной как Альфа Ориона. Ригель - сверхгигант, B-звезда с компаньоном 7-й звездной величины. Название, имеющее арабское происхождение, означает "нога гиганта".
6. (Альфа Малого Пса ; α CMi, Процион ). Самая яркая звезда в созвездии Малого Пса. Процион занимает по яркости пятое место среди всех звезд. В 1896 г. Дж. M. Шеберль обнаружил, что Процион представляет собой двойную систему. Главный компаньон - нормальная F-звезда, а слабый компаньон - белый карлик 11-й звездной величины. Период обращения системы составляет 41 год. Название Процион имеет греческое происхождение и означает "перед собакой" (напоминание о том, что звезда восходит перед "Собачьей звездой", т.е. Сириусом).
7. (Альфа Орла ; α Aql, Альтаир ). Самая яркая звезда в созвездии Орла. Арабское слово "альтаир" означает "летящий орел". Альтаир - А-звезда. Это одна из ближайших среди наиболее ярких звезд (находящаяся на расстоянии 17 световых лет).
8. (Альфа Ориона ; α Ori, Бетельгейзе ). Красный сверхгигант, M-звезда, одна из самых больших известных звезд. Посредством точечной интерферометрии и другими интерференционными методами удалось измерить ее диаметр, который оказался равным примерно 1000 диаметров Солнца. Было обнаружено и присутствие больших ярких “звездных пятен”. Наблюдения в ультрафиолете, проведенные с помощью Космического телескопа Хаббла, показали, что Бетельгейзе окружена обширной хромосферой, масса которой составляет приблизительно двадцать солнечных. Переменная. Яркость нерегулярно изменяется между величинами 0,4 и 0,9 с периодом около пяти лет. Примечателен тот факт, что за время наблюдения с 1993 по 2009 год диаметр звезды уменьшился на 15 %, с 5.5 астрономических единиц до приблизительно 4.7, и астрономы пока не могут объяснить с чем это связано. При этом яркость звезды не изменилась сколько-нибудь заметно за это время.
9. (Альфа Тельца ; α Tau, Альдебаран ). Самая яркая звезда в созвездии Тельца. Арабское название означает “следующий” (т.е. идущий вслед за Плеядами). Альдебаран - гигантская K-звезда. Переменная. Хотя в небе звезда выглядит частью скопления Гиад, фактически она не является его членом, находясь вдвое ближе к Земле. В 1997 сообщалось о возможном существовании у него спутника - крупной планеты (или небольшого коричневого карлика), с массой равной 11 массам Юпитера на расстоянии 1,35 а.е. Беспилотный космический аппарат Пионер-10 направляется в сторону Альдебарана. Если с ним ничего не случится по пути, он достигнет области звезды примерно через 2 миллиона лет.
10. (Альфа Скорпиона ; α Sco, Антарес ). Самая яркая звезда в созвездии Скорпиона. Красный сверхгигант, M-звезда, переменная, двойная Название имеет греческое происхождение и означает “конкурент Марса”, что напоминает о замечательном цвете этой звезды. Антарес- полуправильная переменная звезда, яркость которой изменяется между звездными величинами 0,9 и 1,1 с пятилетним периодом. Имеет голубую звезду- компаньона 6-й звездной величины, удаленную всего на 3 дуговых секунды. Антарес В был открыт во время одного из таких покрытий 13 апреля 1819 года. Период обращения спутника — 878 лет.
11. (Альфа Девы ; α Vir, Спика ). Самая яркая звезда в созвездии Девы. Это затменная двойная, переменная, яркость которой изменяется примерно на 0,1 звездной величины с периодом 4,014 суток. Основной компонент - бело-голубая B-звезда с массой около одиннадцати масс Солнца. Название означает "кукурузный початок".
12. (Бета Близнецов ; β Gem, Поллукс ). Самая яркая звезда в созвездии Близнецов, хотя ее обозначение - Бета, а не Альфа. Кажется маловероятным, что Поллукс со времен Байера (1572-1625) стал ярче. Поллукс - оранжевый гигант, K-звезда. В классической мифологии близнецы Кастор и Поллукс были сыновьями Леды. В 2006г у звезды обнаружена экзопланета.
13. (Альфа Южной Рыбы ; α PsA,
14. (Эпсилон Большого Пса ; ε CMa, Адара ). Вторая по яркости (после Сириуса) звезда в созвездии Большого Пса, гигантская B-звезда. Имеет звезду-компаньон 7,5 m . Арабское название звезды означает “девственница”. Примерно 4,7 миллиона лет назад расстояние от ε Большого Пса до Земли составляло 34 световых года, и звезда была ярчайшей на небе, её блеск был равен −4,0 m
15. (Альфа Близнецов ; α Gem, Кастор ). Вторая по яркости в созвездии Близнецов после Поллукса. Ее звездная величина при наблюдении невооруженным глазом оценивается как 1,6, но это - объединенная яркость множественной системы, состоящей по крайней мере из шести компонентов. Имеются две А-звезды с звездными величинами 2,0 и 2,9, образующие близкую визуальную пару, каждая из которых спектрально-двойная, и более отдаленная красная звезда 9-й звездной величины, которая является затменной двойной.
16. (Гамма Ориона ; γ Ori, Беллатрикс ). Гигант, B-звезда, переменная, двойная. Название имеет латинское происхождение и означает “женщина-воительница”. Одна из 57 навигационных звёзд древности
17. (Бета Тельца ; β Tau, Нат ). Вторая по яркости в созвездии Тельца, лежащая на острие одного из рогов быка. Название происходит от арабского выражения "бодающий рогами". Эта звезда на старинных картах изображала правую ногу человеческой фигуры в созвездии Возничего и имела другое обозначение, Гамма Возничего. Эльнат - B-звезда.
18. (Эпсилон Ориона ; ε Ori, Альнилам ). Одна из трех ярких звезд, образующих пояс Ориона. Арабское название переводится как "нитка жемчуга". Альнилам - сверхгигант, В-звезда, переменная
19. (Дзета Ориона ; ζ Ori, Альнитак ). Одна из трех ярких звезд, образующих пояс Ориона. Арабское название переводится как "пояс". Альнитак - сверхгигант, О-звезда, тройная звезда.
20. (Эпсилон Большой Медведицы ; ε UMa, Алиот ). Самая яркая звезда в созвездии Большой Медведицы. Греческие буква в данном случае закреплены за звездами в порядке их положения, а не яркости. Алиот - А-звезда, возможно имеет планету в 15 раз массивнее Юпитера.
21. (Альфа Большой Медведицы ; α UMa, Дубхе ). Одна из двух звезд (вторая - Мерак) Большого Ковша в Большой Медведице, называемых Указателями. Гигант, K-звезда, переменная. Компаньон 5-й звездной величины вращается вокруг нее с периодом в 44 года. Дубхе, буквально "медведь", является сокращенной версией арабского названия, означающего "спина большего медведя".
22. (Альфа Персея ;α Per, Мирфак ). Самая яркая звезда в созвездии Персея. Желтый сверхгигант, F- звезда, переменная. Название, арабского происхождения, означает "локоть".
23. (Эта Большой Медведицы ; η UMa, Бенетнаш ). Звезда расположенная в конце “хвоста”. B-звезда, переменная. Арабское название означает “руководитель плакальщиков” (для арабов созвездие виделось как катафалк, а не медведь).
24. (Бета Большого Пса ; β CMa, Мирзам ). Вторая по яркости в созвездии Большого Пса. Гигантская B- звезда, переменная, представляет собой прототип класса слабо переменных звезд типа Беты Большого Пса. Ее яркость изменяется каждые шесть часов на несколько сотых долей звездной величины. Такой низкий уровень переменности невооруженным глазом не обнаруживается.
25. (Альфа Гидры ; α Hya, Альфард ). Самая яркая звезда в созвездии Гидры. Имя арабского происхождения означает “уединившаяся змея”. Альфард - K-звезда, переменная, тройная.
26. (Альфа Малой Медведицы ; α UMi, Полярная ). Самая яркая звезда в созвездии Малой Медведицы, находящаяся вблизи северного небесного полюса (на расстоянии меньше одного градуса). Полярная является ближайшей к Земле пульсирующей переменной звездой типа дельта Цефея с периодом 3,97 дней. Но Полярная — очень нестандартная цефеида: её пульсации затухают за время порядка десятков лет: в 1900 изменение яркости составляло ±8 %, а в 2005 — приблизительно 2 %. Кроме того, за это время звезда стала в среднем на 15 % ярче.

Назад Вперёд

Внимание! Предварительный просмотр слайдов используется исключительно в ознакомительных целях и может не давать представления о всех возможностях презентации. Если вас заинтересовала данная работа, пожалуйста, загрузите полную версию.

Цель урока: познакомить учащихся со звездными координатами, привить навыки определения этих координат на макете небесной сферы.

Оборудование : видеопроектор, макет небесной сферы

Ход урока

Учитель: С незапамятных времен люди выделяли на звездном небе отдельные группы ярких звезд, объединяли их в созвездия, присваивая им названия, в которых отражали быт и особенности своего мышления. Так поступали древнекитайские, вавилонские, египетские астрономы. Многие названия созвездий, используемые нами сегодня, пришли из Древней Греции, где они складывались на протяжении столетий.

Таблица 1 Хроника названий

На конгрессе Международного астрономического союза в 1922 году количество созвездий было уменьшено до 88. Тогда же были установлены существующие нынче границы между ними.

Следует особо выделить. Что соседство звезд в созвездиях кажущееся, так их видит наблюдатель с Земли. На самом деле звезды отстают друг от друга на большие расстояния, а для нас их видимость как бы проецируется на небесную сферу – воображаемый прозрачный шар, в центре которого находится Земля (наблюдатель), на поверхность которой проецируются все светила так, как их видит наблюдатель в определенный момент времени из определенной точки пространства. Презентация.Cлайд 1

Причем звезды в созвездиях различные, они отличаются видимыми размерами и светом. Наиболее яркие в созвездиях звезды обозначают буквами греческого алфавита по убыванию (a, b, g, d, e и т.д.) блеска.

Такую традицию ввел Алессандро Пикколомини (1508 – 1578 гг/), а закрепил Иоганн Байер (1572–1625).

Потом Джон Флемстид (1646–1719) в пределах каждого созвездия обозначил звезды порядковым номером (например, звезда 61 Лебедя). Звезды с переменным блеском обозначают латинскими буквами: R, S, Z, RR, RZ,AA.

Теперь мы рассмотрим, как определяется расположение светил на небе.

Представим себе небо в виде гигантского глобуса произвольного радиуса, в центре которого находится наблюдатель.

Однако, тот факт, что одни светила расположены ближе к нам, а другие дальше на глаз не улавливается. Поэтому предположим, что все звезды находятся на одинаковом расстоянии о наблюдателя – на поверхности небесной сферы . Презентация.Cлайд 1

Так как звезды в течение суток изменяют свое положение, можно сделать вывод о суточном вращении небесной сферы (это объясняется вращением Земли вокруг своей оси). Небесная сфера вращается вокруг некоторой оси PP` с востока на запад. Ось видимого вращения сферы – это ось мира. Она совпадает с земной осью или параллельна ей. Ось мира пересекает небесную сферу в точках P – северный полюс мира и P`- южный полюс мира . Вблизи северного полюса мира расположена Полярная звезда (a Малой Медведицы). С помощью отвеса определим вертикаль и изобразим ее на чертеже. Презентация.Cлайд 1

Это прямая ZZ` называется отвесной линией . Z – зенит , Z`- надир . Через точку О – пересечения отвесной линии и оси мира – проведем прямую перпендикулярную ZZ`. Это NS – полуденная линия (N-север , S – юг) . В направлении вдоль этой линии отбрасывают тень предметы, освещаемые Солнцем в полдень.

По полуденной линии пересекаются две взаимно перпендикулярные плоскости. Плоскость перпендикулярная отвесной линии, которая пересекает небесную сферу по большому кругу – это истинный горизонт . Презентация.Cлайд 1

Плоскость, перпендикулярная истинному горизонту, проходящая через точки Z и Z`, называется небесный меридиан .

Мы нарисовали все необходимые плоскости, теперь введем другое понятие. Расположим на поверхности небесной сферы произвольно звезду М, проведем через точки Z и Z` и М большой полукруг. Это – круг высоты или вертикал.

Мгновенное положение светила относительно горизонта и небесного меридиана определяется двумя координатами: высотой (h) и азимутом (A). Эти координаты называют горизонтальными .

Высота светила – это угловое расстояние от горизонта, измеряется в градусах, минутах, секундах дуги в пределах от 0° до 90°. Еще высоту заменяют равноценной ей координатой – z – зенитным расстоянием .

Вторая координата в горизонтальной системе А – угловое расстояние вертикала светила от точки юга. Определяется в градусах минутах и секундах от 0° до 360°.

Обратите внимание, как изменяются горизонтальные координаты. Светило М в течение суток описывает на небесной сфере суточную параллель – это круг небесной сферы, плоскость которой перпендикулярна оси мира .

<Отработка навыка определения горизонтальных координат на небесной сфере. Самостоятельная работа учащихся>

При движении звезды по суточной параллели самая наивысшая точка подъема называется верхняя кульминация. Двигаясь под горизонтом светило, окажется в точке, которая будет являться точкой нижней кульминации. Презентация.Cлайд 1

Если рассмотреть путь выбранной нами звезды, то можно заметить, что она является восходящее – заходящей, но существуют незаходящие и не восходящие светила. (Здесь - относительно истинного горизонта.)

Рассмотрим изменение вида звездного неба в течение года. Эти изменения не так заметны для большинства звезд, но они происходят. Существует звезда, у которой положение довольно сильно изменяются, это Солнце.

Если провести плоскость через центр небесной сферы и перпендикуляр оси мира PP`, то эта плоскость пересечет небесную сферу по большому кругу. Этот круг называется небесный экватор. Презентация.Cлайд 2

Этот небесный экватор пересекается с истинным горизонтом в двух точках: востока (Е) и запада (W). Все суточные параллели расположены параллельно экватору.

Теперь проведем круг через полюсы мира и наблюдаемое светило. Получился круг – круг склонения. Угловое расстояние светила от плоскости небесного экватора, измеренное вдоль круга склонения, называется склонением светила (d). Склонение выражается в градусах, минутах и секундах. Так как небесный экватор делит небесную сферу на два полушария (северное и южное), то склонение звезд северного полушария могут изменяться от 0° до 90°, а южного полушария – от 0° до -90°.

Склонение светила – это одна из так называемых экваториальных координат .

Вторая координата в этой системе – прямое восхождение (a). Она аналогична географической долготе. Отсчет прямого восхождения ведут от точки весеннего равноденствия (g). В точке весеннего равноденствия бывает Солнце 21 марта. Прямое восхождение отсчитывается вдоль небесного экватора в сторону противоположную суточному вращению небесной сферы. Презентация.Cлайд 2 . Прямое восхождение выражается в часах, минутах и секундах времени (от 0 до 24 ч) или в градусах, минутах и секундах дуги (от 0° до 360°). Так как при движении небесной сферы положение звезд относительно экватора не изменяется, то экваториальные координаты используются для создания карт, атласов и каталогов.

Еще издревле было замечено, что Солнце движется среди звезд и описывает полный круг за один год. Этот круг древние греки назвали эклиптикой , что сохранилось в астрономии до сих пор. Эклиптика наклонена к плоскости небесного экватора под углом 23°27`и пересекается с небесным экватором в двух точках: весеннего равноденствия (g) и осеннего равноденствия (W). Всю эклиптику Солнце проходит за год, в сутки оно проходит 1°.

Созвездия, через которые проходит эклиптика, называют зодиакальными . Каждый месяц Солнце переходит из одного созвездия в другое. Увидеть созвездие, в котором в полдень находится Солнце, фактически невозможно, так как оно затмевает свет звезд. Поэтому на практике в полночь мы наблюдаем зодиакальное созвездие, которое выше всех находится над горизонтом, и по нему определяем то созвездие, где в полдень находится Солнце (рис № 14 учебника Астрономия 11).

Не следует забывать, что годичное движение Солнца по эклиптике – есть отражение действительного движения Земли вокруг Солнца.

Рассмотрим на модели небесной сферы положение Солнца и определим его координаты относительно небесного экватора (повторение).

<Отработка навыка определения экваториальных координат на небесной сфере. Самостоятельная работа учащихся>

Домашнее задание.

1. Знать содержание параграфа 116 учебника Физика-11
2. Знать содержание параграфов 3, 4 учебника Астрономия -11
3. Подготовить материал по теме “Зодиакальные созвездия”

Литература.

1. Е.П.Левитан Астрономия 11 класс – Просвещение, 2004 г.
2. Г.Я.Мякишев и др. Физика 11 класс – Просвещение, 2010 г.
3. Энциклопедия для детей Астрономия – РОСМЭН, 2000 г

ЗВЕЗДЫ И СОЗВЕЗДИЯ. НЕБЕСНЫЕ КООРДИНАТЫ. ЗВЕЗДНЫЕ КАРТЫ

УМК Б.А.Воронцова-Вельяминова

В глубокой древности люди мысленно объединили звёзды в определенные фигуры (созвездия), которым дали имена героев греческих мифов и легенд, а также мифических существ, с которыми эти герои сражались.

Созвездие «Персей»

из атласа Гевелия

Созвездие «Кит»

из атласа Гевелия

Созвездие «Геркулес»

из атласа Гевелия

Созвездие «Телец»

из атласа Гевелия

Созвездиями называются определенные участки звёздного неба,

разделенные между собой строго установленными границами.

Всего – 88 созвездий.

Все звёзды, видимые на небе невооружённым глазом, Гиппарх во II в. до н.э. разделил на шесть звёздных величин.

Самые яркие (их на небе менее 20) - звёзды первой величины.

Едва различимые невооружённым глазом – звёзды шестой величины.

В каждом созвездии звёзды обозначаются буквами греческого алфавита

в порядке убывания их яркости.

Наиболее яркая в созвездии звезда обозначается буквой α (альфа), вторая по яркости - β (бета) и т.д.

Средняя звезда в ручке ковша Большой Медведицы называется Мицар, что по-арабски означает «конь».

Рядом с Мицаром можно видеть более слабую звёздочку четвёртой величины, которую назвали Алькор – «всадник».

По этой звезде проверяли качество зрения у арабских воинов несколько веков назад.

По ковшу Большой Медведицы легко отыскать на небе

Полярную звезду – α Малой Медведицы.

Полярная – звезда второй величины

и в число самых ярких звёзд неба не входит.

Блеск звезды – величина, характеризующая освещённость, которая

создаётся звездой на плоскости, перпендикулярной падающим лучам.

Единицей измерения блеска звезды служит звёздная величина.

Звезда первой величины в 2,512 раза ярче звезды второй величины.

Звезда второй величины в 2,512 раза ярче звезды третьей величины.

Несколько звёзд были отнесены к звёздам нулевой величины, потому что их блеск оказался в 2,512 раза больше, чем у звёзд первой величины.

Самая яркая звезда ночного неба – Сириус (α Большого Пса) получила отрицательную звёздную величину -1,5.

Телескоп «Хаббл» позволил получить изображение предельно слабых объектов – до тридцатой звездной величины.

Невооруженным глазом на всем небе можно видеть примерно 6000 звёзд.

Мы видим лишь половину из них,

потому что другую половину звездного неба закрывает от нас Земля.

Одни звёзды появляются из-за горизонта (восходят) в восточной части звёздного неба, другие находятся высоко над головой, а третьи скрываются за горизонтом в западной стороне (заходят).

Кажущееся вращение звёздного неба вызвано вращением Земли.

На снимке каждая звезда оставила свой след в виде дуги окружности.

Общий центр всех дуг находится неподалеку от Полярной звезды.

Точка в которую направлена ось вращения Земли называется

Северный полюс мира.

Если бы удалось сфотографировать пути звезд на небе за сутки, то на фотографии получились бы полные окружности - 360°.

Сутки – это период полного оборота Земли вокруг своей оси.

За час Земля повернется на 1/24 часть окружности, т.е. на 15°.

Положение точки на Земле однозначно определяется географическими координатами –долготой (λ) и широтой (φ).

Положение светила на небе однозначно определяется экваториальными координатами –прямым восхождением (α) и склонением (δ)

Положение звезды Х указывается координатами – прямым восхождением α (угловое расстояние вдоль небесного экватора от точки весеннего равноденствия ϓ до направления на звезду) и склонением δ (угловое расстояние от небесного экватора вдоль большого круга, проходящего через полюсы мира).

Прямое восхождение измеряется в часах и может быть только положительной величиной, склонение – в градусах и может принимать как положительное, так и отрицательное значение.

Величина прямого восхождения одного и того же светила не меняется вследствие суточного вращения небосвода и не зависит от места наблюдений на поверхности Земли.

Из-за вращения Земли 15° соответствует 1 ч, а 1° – 4 мин, поэтому прямое восхождение равное 12 ч. составляет 180°, а 7 ч 40 мин – 115°.

Экваториальные координаты звезд не меняются столетиями,

поэтому система экваториальных координат используется

при создании звёздных глобусов, карт и атласов.

На звёздном глобусе изображаются не только звёзды,

но и сетка экваториальных координат.

Вопросы (с.18)

3. Опишите, как координаты Солнца будут меняться в процессе его движения над горизонтом в течение суток.

4. По своему линейному размеру диаметр Солнца больше диаметра Луны примерно в 400 раз. Почему угловые диаметры почти равны?

5. Почему при наблюдениях в телескоп светила уходят из поля зрения?

Наименование разделов и тем		Объем часов	Уровень освоения
	Звезды и созвездия. Видимая звездная величина. Небесная сфера. Особые точки небесной сферы. Небесные координаты. Звездные карты. Видимое движение звезд на различных географических широтах. Связь видимого расположения объектов на небе и географических координат наблюдателя. Кульминация светил. Воспроизведение определений терминов и понятий (созвездие, высота и кульминация звезд). Объяснение наблюдаемых невооруженным глазом движения звезд на различных географических широтах.

Тема 2.1. Звезды и созвездия. Небесные координаты и звездные карты.

2.1.1. Звезды и созвездия. Видимая звездная величина

Невооруженным глазом видно на небе большое количество звезд. Их так много, что, кажется, не сосчитать, однако звезд, которые видны невооруженным глазом, около трех тысяч. В общем случае на небе можно насчитать до 2500-3000 звезд (в зависимости от вашего зрения) – а всего видимых звезд около 6000.

Вероятно, еще на заре цивилизации люди, стремясь как-то разобраться во множестве звезд и запомнить их расположение, мысленно объединяли их в определенные фигуры. Тысячи лет назад люди глядели на небо, считали звезды и мысленно соединяли их в разнообразные фигуры (созвездия), называя их именами персонажей древних мифов и легенд, животных и предметов.

У разных народов имелись свои мифы и легенды о созвездиях, свои названия, разное их количество. Деления были чисто условны, рисунки созвездия редко соответствовали названной фигуре, однако это существенно облегчало ориентирование по небу. Даже босоногие мальчики в древней Халдее или Шумерах знали небо лучше любого из нас.

Многие характерные «звездные фигуры» уже в глубокой древности получили имена героев греческих мифов и легенд, а также тех мифических существ, с которыми эти герои сражались. Так появились на небе Геркулес, Персей, Орион, Андромеда и т. д., а также Дракон, Телец, Кит и т. п. Некоторые из этих созвездий упоминаются в древнегреческих поэмах «Илиада» и «Одиссея». Их изображения можно видеть в старинных звездных атласах, на глобусах и картах звездного неба (рис. 2.1).

Созвездия - это определенные участки звездного неба, разделенные между собой строго установленными границами . Созвездия - область неба с характерной группой звезд и всеми звездами, находящимися внутри его границ. Соседство звезд, кажущиеся, в проекции на небесную сферу.

Старейшие по названиям считаются созвездия зодиакальные – пояс, вдоль которого происходит годичное движение Солнца, а также видимые пути Луны и планет. Так созвездия Телец – было известно > 4000 лет назад, так как в это время в этом созвездии находилась точка весеннего равноденствия.

У разных народов и в разное время был разный принцип деления звезд.

• 4 век до н.э. был список 809 звезд входящих в 122 созвездия.
• 18 век – Монголия – было 237 созвездий.
• 2 век – Птолемей (“Альмагеста”) – описано 48 созвездий.
• 15-16 век – период великих морских путешествий – описано 48 созвездий южного неба.
• В Русском звездном атласе Корнелия Рейссига, изданном в 1829г содержались 102 созвездия.

Были попытки переименовать установившиеся созвездия, но не одно название не прижилось у астрономов (так церковь в 1627г издала атлас созвездий «Христианское звездное небо», где им давались названия монархов – Георг, Карл, Людовик, Наполеон).

Многие звездные карты (атласы) 17-19 века содержали названия созвездий и рисунки фигур. Но прижился только один звездный атлас Яна Гевелия (1611-1687, Польша) изданный в 1690г и имеющий не только точное расположение звезд и впервые экваториальных координатах, но и прекрасные рисунки. (видеофильм «Звездный атлас Яна Гевелия »

Путаница с созвездиями прекращена в 1922г Международный астрономический союз разделил все небо на 88 созвездий, а границы окончательно установлены в 1928 году.

Среди всех 88 созвездий известное каждому Большая Медведица - одно из самых крупных.

Смотря на небо, нетрудно заметить, что звезды различны по яркости, или, как говорят астрономы, по блеску .

Видимые на небе невооруженным глазом звезды астрономы еще до нашей эры разделили на шесть величин. В 125г до НЭ Гиппарх (180-125, Греция) вводит деление звезд на небе по видимой яркости на звездные величины , обозначив самые яркие - первой звездной величины (1m), а еле видимые – 6m (т. е. разность в 5 звездных величин).

Звездная величина - видимая яркость (блеск) звезды . Звездная величина характеризует не размеры, а только блеск звезд. Чем слабее звезда, тем больше число, обозначающее ее звездную величину.

Когда ученые стали располагать приборами для измерения величины потока света, приходящего от звезд, оказалось, что от звезды первой величины света приходит в 2,5 раза больше, чем от звезды второй величины, от звезды второй величины в 2,5 раза больше, чем от звезды третьей величины, и т. д. Несколько звезд были отнесены к звездам нулевой величины, потому что от них света приходит в 2,5 раза больше, чем от звезд первой величины. А самая яркая звезда всего неба - Сириус (α Большого Пса) получила даже отрицательную звездную величину -1,5.

Было установлено, что поток энергии от звезды первой величины в 100 раз больше, чем от звезды шестой величины . К настоящему времени звездные величины определены для многих сотен тысяч звезд.

Звезды 1-й звездной величины - 1m, наиболее яркие назвали.

Звезды 2-й звездной величины - 2m, в 2,5 раза (точнее, 2,512) слабее по блеску звезд 1-й величины

Звезды 3-й звездной величины - 3m, в 2,5 раза (точнее, 2,512) слабее по блеску звезд 2-й величины

Звезды 4-й звездной величины - 4m, в 2,5 раза (точнее, 2,512) слабее по блеску звезд 3-й величины

Звезды 5-й звездной величины - 5m, в 2,5 раза (точнее, 2,512) слабее по блеску звезд 4-й величины

Звезды 6-й звездной величины - 6m, в 2,5 раза (точнее, 2,512) слабее по блеску звезд 5-й величины. Самые слабые по блеску из доступных невооруженному глазу Они слабее звезд 1-й звездной величины в 100 раз .

Всего на небе 22 звезды 1-й звездной величины, но блеск их не одинаков: одни из них несколько ярче 1-й величины, другие слабее. Так же обстоит дело со звездами 2-й, 3-й и последующих величин, поэтому для точного определения блеска той или иной пришлось ввести дробные числа. Измерения светового потока от звезд позволяют теперь определить их звездные величины с точностью до десятых и сотых долей.

Самая яркая звезда северного полушария неба Вега имеет блеск 0,14 звездной величины, а самая яркая звезда всего неба Сириус - минус 1,58 звездной величины, Солнце - минус 26,8.

Самые яркие звезды или наиболее интересные объекты из числа более слабых звезд получили собственные имена арабского и греческого происхождения (более 300 звезд имеют имена).

В 1603г Иоганн Байер (1572-1625, Германия) публикует каталог всех видимых звезд и впервые вводит их обозначение буквами греческого алфавита в порядке уменьшения блеска (наиболее яркие). Самые яркие – α , затем β, γ, δ, ε и т.д.

В каждом созвездии звезды обозначаются буквами греческого алфавита в порядке убывания их яркости. Наиболее яркая в этом созвездии звезда обозначается буквой α, вторая по яркости - β и т. д.

Поэтому звезды сейчас обозначаются: Вега (α Лиры), Сириус (α Большого Пса), Полярная (α М. Медведицы). Средняя звезда в ручке ковша Большой Медведицы называется Мицар, что по-арабски означает «конь». Эта звезда второй величины обозначается ζ Большой Медведицы. Рядом с Мицаром можно видеть более слабую звездочку четвертой величины, которую назвали Алькор - «всадник». По этой звезде проверяли качество зрения у арабских воинов несколько веков тому назад.

Звезды различаются не только по блеску, но и по цвету.

Они могут быть белыми, желтыми, красными . Чем краснее звезда, тем она холоднее. Солнце относится к желтым звездам.

С изобретением телескопа ученые получили возможность увидеть более слабые звезды, от которых приходит света гораздо меньше, чем от звезд шестой величины. Шкала звездных величин все дальше и дальше уходит в сторону их возрастания по мере того, как увеличиваются возможности телескопов. Так, например, хаббловский космический телескоп позволил получить изображение предельно слабых объектов - до тридцатой звездной величины.

2.1.2. Небесная сфера. Особые точки небесной сферы.

Люди в древности считали, что все звезды располагаются на небесной сфере, которая как единое целое вращается вокруг Земли. Уже более 2.000 лет тому назад астрономы стали применять способы, которые позволяли указать расположение любого светила на небесной сфере по отношению к другим космическим объектам или наземным ориентирам. Представлением о небесной сфере удобно пользоваться и теперь, хотя мы знаем, что этой сферы реально не существует.

Небесная сфера - воображаемая шаровая поверхность произвольного радиуса, в центре которой находится глаз наблюдателя, и на которую мы проецируем положение небесных светил.

Понятием небесной сферы пользуются для угловых измерений на небе, для удобства рассуждений о простейших видимых небесных явлениях, для различных расчетов, например вычисления времени восхода и захода светил.

Построим небесную сферу и проведем из ее центра луч по направлению к звезде А (рис.1.1).

Там, где этот луч пересечет поверхность сферы, поместим точку А 1 изображающую эту звезду. Звезда В будет изображаться точкой В 1 . Повторив подобную операцию для всех наблюдаемых звезд, мы получим на поверхности сферы изображение звездного неба – звездный глобус. Ясно, что если наблюдатель находится в центре этой воображаемой сферы, то для него направление на сами звезды и на их изображения на сфере будут совпадать.

• Что является центром небесной сферы? (Глаз наблюдателя)
• Каков радиус небесной сферы? (Произвольный)
• Чем отличаются небесные сферы двух соседей по парте? (Положением центра).

Для решения многих практических задач расстояния до небесных тел не играют роли, важно лишь их видимое расположение на небе. Угловые измерения не зависят от радиуса сферы. Поэтому, хотя в природе небесной сферы и не существует, но астрономы для изучения видимого расположение светил и явлений, которые можно наблюдать на небе в течении суток или многих месяцев, применяют понятие Небесная сфера. На такую сферу и проецируются звезды, Солнце, Луна, планеты и т.д, отвлекаясь от действительных расстояний до светил и рассматривая лишь угловые расстояние между ними. Расстояния между звездами на небесной сфере можно выражать только в угловой мере. Эти угловые расстояния измеряются величиной центрального угла между лучами, направленными на одну и другую звезду, или соответствующими им дугами на поверхности сферы.

Для приближенной оценки угловых расстояний на небе полезно запомнить такие данные: угловое расстояние между двумя крайними звездами ковша Большой Медведицы (α и β) составляет около 5° (рис. 1.2), а от α Большой Медведицы до α Малой Медведицы (Полярной звезды) – в 5 раз больше – примерно 25°.

Простейшие глазомерные оценки угловых расстояний можно провести также с помощью пальцев вытянутой руки.

Только два светила – Солнце и Луну – мы видим как диски. Угловые диаметры этих дисков почти одинаковы – около 30" или 0,5°. Угловые размеры планет и звезд значительно меньше, поэтому мы их видим просто как светящиеся точки. Для невооруженного глаза объект не выглядит точкой в том случае, если его угловые размеры превышают 2–3". Это означает, в частности, что наш глаз различает каждую по отдельности светящуюся точку (звезду) в том случае, если угловое расстояние между ними больше этой величины. Иначе говоря, мы видим объект не точечным лишь в том случае, если расстояние до него превышает его размеры не более чем в 1700 раз.

Отвесная линия Z, Z’ , проходящая через глаз наблюдателя (точка С), находящегося в центре небесной сферы, пересекает небесную сферу в точках Z - зенит, Z’ - надир .

Зенит - эта наивысшая точка над головой наблюдателя.

Надир - противоположная зениту точка небесной сферы .

Плоскость, перпендикулярная отвесной линии, называется горизонтальной плоскостью (или плоскостью горизонта) .

Математическим горизонтом называется линия пересечения небесной сферы с горизонтальной плоскостью, проходящей через центр небесной сферы.

Невооруженным глазом на всем небе можно видеть примерно 6000 звезд, но мы видим лишь половину из них, потому что другую половину звездного неба закрывает от нас Земля. Движутся ли звезды по небосводу? Оказывается, движутся все и притом одновременно. В этом легко убедиться, наблюдая звездное небо (ориентируясь по определенным предметам).

Вследствие ее вращения вид звездного неба меняется. Одни звезды только еще появляются из-за горизонта (восходят) в восточной его части, другие в это время находятся высоко над головой, а третьи уже скрываются за горизонтом в западной стороне (заходят). При этом нам кажется, что звездное небо вращается как единое целое. Теперь каждому хорошо известно, что вращение небосвода - явление кажущееся, вызванное вращением Земли.

Картину того, что в результате суточного вращения Земли происходит со звездным небом, позволяет запечатлеть фотоаппарат.

На полученном снимке каждая звезда оставила свой след в виде дуги окружности (рис. 2.3). Но есть и такая звезда, передвижение которой в течение всей ночи почти незаметно. Эту звезду назвали Полярной. Она в течение суток описывает окружность малого радиуса и всегда видна почти на одной и той же высоте над горизонтом в северной стороне неба. Общий центр всех концентрических следов звезд находится на небе неподалеку от Полярной звезды. Эта точка, в которую направлена ось вращения Земли, получила название северный полюс мира. Дуга, которую описала Полярная звезда, имеет наименьший радиус. Но и эта дуга, и все остальные - независимо от их радиуса и кривизны - составляют одну и ту же часть окружности. Если бы удалось сфотографировать пути звезд на небе за целые сутки, то на фотографии получились бы полные окружности - 360°. Ведь сутки - это период полного оборота Земли вокруг своей оси. За час Земля повернется на 1/24 часть окружности, т. е. на 15°. Следовательно, длина дуги, которую звезда опишет за это время, составит 15°, а за полчаса - 7,5°.

Звезды в течение суток описывают тем большие окружности, чем дальше от Полярной звезды они находятся.

Ось суточного вращения небесной сферы называют осью мира (РР" ).

Точки пересечения небесной сферы с осью мира называют полюсами мира (точка Р - северный полюс мира, точка Р" - южный полюс мира).

Полярная звезда расположена вблизи северного полюса мира. Когда мы смотрим на Полярную звезду, точнее, на неподвижную точку рядом с ней - северный полюс мира, направление нашего взгляда совпадает с осью мира. Южный полюс мира находится в южном полушарии небесной сферы.

Плоскость ЕА WQ , перпендикулярная оси мира РР" и проходящая через центр небесной сферы, называется плоскостью небесного экватора , а линия пересечения ее с небесной сферой - небесным экватором .

Небесный экватор – линия окружности, полученная от пересечения небесной сферы с плоскостью проходящая через центр небесной сферы перпендикулярно к оси мира.

Небесный экватор делит небесную сферу на два полушария: северное и южное.

Ось мира, полюса мира и небесный экватор аналогичны оси, полюсам и экватору Земли, так как перечисленные названия связаны с видимым вращением небесной сферы, а оно является следствием действительного вращения земного шара.

Плоскость, проходящая через точку зенита Z , центр С небесной сферы и полюс Р мира, называют плоскостью небесного меридиана , а линия пересечения ее с небесной сферой образует линию небесного меридиана .

Небесный меридиан – большой круг небесной сферы, проходящий через зенит Z, полюс мира Р, южный полюс мира Р", надир Z"

В любом месте Земли плоскость небесного меридиана совпадает с плоскостью географического меридиана этого места.

Полуденная линия NS - это линия пересечения плоскостей меридиана и горизонта. N – точка севера, S – точка юга

Она названа так потому, что в полдень тени от вертикальных предметов падают по этому направлению.

• Каков период вращения небесной сферы? (Равен периоду вращения Земли – 1 сутки).
• В каком направлении происходит видимое (кажущееся) вращение небесной сферы? (Противоположно направлению вращения Земли).
• Что можно сказать о взаимном расположении оси вращения небесной сферы и земной оси? (Ось небесной сферы и земная ось будут совпадать).
• Все ли точки небесной сферы участвуют в видимом вращении небесной сферы? (Точки, лежащие на оси, покоятся).

Земля движется по орбите вокруг Солнца. Ось вращения Земли наклонена к плоскости орбиты на угол 66,5°. Вследствие действия сил тяготения со стороны Луны и Солнца ось вращения Земли смещается, в то время как наклон оси к плоскости земной орбиты остается постоянным. Ось Земли как бы скользит по поверхности конуса. (то же происходит с осью у обыкновенного волчка в конце вращения).

Это явление было открыто еще в 125 г. до н. э. греческим астрономом Гиппархом и названо прецессией .

Один оборот земная ось совершает за 25 776 лет – этот период называется платоническим годом. Сейчас вблизи Р – северного полюса мира находится Полярная звезда – α Малой Медведицы. Полярной называется та звезда, которая на сегодняшний день находится вблизи Северного полюса мира. В наше время, примерно с 1100 года, такой звездой является альфа Малой Медведицы – Киносура. Раньше титул Полярной поочередно присваивался π, η и τ Геркулеса, звездам Тубан и Кохаб. Римляне вовсе не имели Полярной звезды, а Кохаб и Киносуру (α Малой Медведицы) называли Стражами.

На начало нашего летоисчисление – полюс мира был вблизи α Дракона – 2000 лет назад. В 2100 г полюс мира будет всего в 28" от Полярной звезды – сейчас в 44". В 3200г полярным станет созвездие Цефей. В 14000 г – полярной будет Вега (α Лиры).

Как найти в небе Полярную звезду?

Чтобы найти Полярную звезду, нужно через звезды Большой Медведицы (первые 2 звезды "ковша") мысленно провести прямую линию и отсчитать по ней 5 расстояний между этими звездами. В этом месте рядом с прямой мы увидим звезду, почти одинаковую по яркости со звездами "ковша" – это и есть Полярная звезда.

В созвездии, которое нередко называют Малый Ковш, Полярная звезда является самой яркой. Но так же, как и большинство звезд ковша Большой Медведицы, Полярная - звезда второй величины.

Летний (летне-осенний) треугольник = звезда Вега (α Лиры, 25,3 св. лет), звезда Денеб (α Лебедя, 3230 св. лет), звезда Альтаир (α Орла, 16,8 св. лет)

2.1.3. Небесные координаты и звездные карты

Чтобы отыскать на небе светило, надо указать, в какой стороне горизонта и как высоко над ним оно находится. С этой целью используется система горизонтальных координат – азимут и высота. Для наблюдателя, находящегося в любой точке Земли, нетрудно определить вертикальное и горизонтальное направления.

Первое из них определяется с помощью отвеса и изображается на чертеже (рис. 1.3) отвесной линией ZZ", проходящей через центр сферы (точку О).

Точка Z, расположенная прямо над головой наблюдателя, называется зенитом.

Плоскость, которая проходит через центр сферы перпендикулярно отвесной линии, образует при пересечении со сферой окружность – истинный, или математический, горизонт.

Высота светила отсчитывается по окружности, проходящей через зенит и светило, и выражается длиной дуги этой окружности от горизонта до светила. Эту дугу и соответствующий ей угол принято обозначать буквой h.

Высота светила, которое находится в зените, равна 90°, на горизонте – 0°.

Положение светила относительно сторон горизонта указывает его вторая координата – азимут, обозначаемый буквой А. Азимут отсчитывается от точки юга в направлении движения часовой стрелки , так что азимут точки юга равен 0°, точки запада – 90° и т. д.

Горизонтальные координаты светил непрерывно меняются с течением времени и зависят от положения наблюдателя на Земле, потому что по отношению к мировому пространству плоскость горизонта в данном пункте Земли вращается вместе с ней.

Горизонтальные координаты светил измеряют для определения времени или географических координат различных пунктов на Земле. На практике, например в геодезии, высоту и азимут измеряют специальными угломерными оптическими приборами – теодолитами.

Чтобы создать звездную карту, изображающую созвездия на плоскости, надо знать координаты звезд. Для этого нужно выбрать такую систему координат, которая вращалась бы вместе со звездным небом. Для указания положения светил на небе используют систему координат, аналогичную той, которая используется в географии, - систему экваториальных координат.

Система экваториальных координат сходна с системой географических координат на земном шаре. Как известно, положение любого пункта на земном шаре можно указать с помощью географических координат - широты и долготы.

Географическая широта - это угловое расстояние пункта от земного экватора. Географическая широта (φ) отсчитывается по меридианам от экватора к полюсам Земли.

Долгота - угол между плоскостью меридиана данного пункта и плоскостью начального меридиана. Географическая долгота (λ) отсчитывается вдоль экватора от начального (Гринвичского) меридиана.

Так, например, Москва имеет следующие координаты: 37°30" восточной долготы и 55°45" северной широты.

Введем систему экваториальных координат , которая указывает положение светил на небесной сфере относительно друг друга.

Проведем через центр небесной сферы (рис. 2.4) линию, параллельную оси вращения Земли, - ось мира. Она пересечет небесную сферу в двух диаметрально противоположных точках, которые называются полюсами мира - Р и Р΄. Северным полюсом мира называют тот, вблизи которого находится Полярная звезда. Плоскость, проходящая через центр сферы параллельно плоскости экватора Земли, в сечении со сферой образует окружность, называемую небесным экватором. Небесный экватор (подобно земному) делит небесную сферу на два полушария: Северное и Южное. Угловое расстояние светила от небесного экватора называется склонением. Склонение отсчитывается по кругу, проведенному через светило и полюса мира, оно аналогично географической широте.

Склонение - угловое расстояние светил от небесного экватора . Склонение обозначают буквой δ. В северном полушарии склонения считают положительными, в южном - отрицательными.

Вторая координата, которая указывает положение светила на небе, аналогична географической долготе. Эта координата называется прямым восхождением . Прямое восхождение отсчитывается по небесному экватору от точки весеннего равноденствия γ, в которой Солнце ежегодно бывает 21 марта (в день весеннего равноденствия). Оно отсчитывается от точки весеннего равноденствия γ против часовой стрелки, т. е. навстречу суточному вращению неба. Поэтому светила восходят (и заходят) в порядке возрастания их прямого восхождения.

Прямое восхождение - угол между плоскостью полукруга, проведенного из полюса мира через светило (круга склонения), и плоскостью полукруга, проведенного из полюса мира через лежащую на экваторе точку весеннего равноденствия (начального круга склонений). Прямое восхождение обозначается буквой α

Склонение и прямое восхождение (δ, α) называют экваториальными координатами.

Склонение и прямое восхождение удобно выражать не в градусах, а в единицах времени. Учитывая, что Земля делает один оборот за 24 ч, получаем:

360° - 24 ч, 1 ° - 4 мин;

15° - 1 ч, 15" -1 мин, 15" - 1 с.

Следовательно, прямое восхождение, равное, например, 12 ч, составляет 180°, а 7 ч 40 мин соответствует 115°.

Если не нужна особая точность, то небесные координаты для звезд можно считать неизменными. При суточном вращении звездного неба вращается и точка весеннего равноденствия. Поэтому положения звезд относительно экватора и точки весеннего равноденствия не зависят ни от времени суток, ни от положения наблюдателя на Земле.

Экваториальная система координат изображена на подвижной карте звездного неба.

Принцип создания карты звездного неба весьма прост. Спроектируем сначала все звезды на глобус: там, где луч, направленный на звезду, пересечет поверхность глобуса, будет находиться изображение этой звезды. Обычно на звездном глобусе изображаются не только звезды, но и сетка экваториальных координат. По сути дела, звездным глобусом является модель небесной сферы, которая используется на уроках астрономии в школе. На этой модели нет изображений звезд, но зато представлены ось мира, небесный экватор и другие круги небесной сферы.

Пользоваться звездным глобусом не всегда удобно, поэтому в астрономии (как и в географии) широкое распространение получили карты и атласы.

Атлас звездного неба начинающего наблюдателя

Карту земной поверхности можно получить, если все точки глобуса Земли спроектировать на плоскость (поверхность цилиндра или конуса). Проведя ту же операцию со звездным глобусом, можно получить карту звездного неба.

Познакомимся с простейшей звездной картой, помещенной в Школьном астрономическом календаре.

Расположим плоскость, на которой мы хотим получить карту, так, чтобы она касалась поверхности глобуса в точке, где находится северный полюс мира. Теперь надо спроектировать все звезды и сетку координат с глобуса на эту плоскость. Получим карту, подобную географическим картам Арктики или Антарктики, на которых в центре располагается один из полюсов Земли. В центре нашей звездной карты будет располагаться северный полюс мира, рядом с ним Полярная звезда, чуть дальше остальные звезды Малой Медведицы, а также звезды Большой Медведицы и других созвездий, которые находятся неподалеку от полюса мира. Сетка экваториальных координат представлена на карте радиально расходящимися от центра лучами и концентрическими окружностями. На краю карты против каждого луча написаны числа, обозначающие прямое восхождение (от 0 до 23 ч). Луч, от которого начинается отсчет прямого восхождения, проходит через точку весеннего равноденствия, обозначенную γ. Склонение отсчитывается по этим лучам от окружности, которая изображает небесный экватор и имеет обозначение 0°. Остальные окружности также имеют оцифровку, которая показывает, какое склонение имеет объект, расположенный на этой окружности.

В зависимости от звездной величины звезды изображают на карте кружками различного диаметра. Те из них, которые образуют характерные фигуры созвездий, соединены сплошными линиями. Границы созвездий обозначены пунктиром.

2.1.4. Высота полюса мира над горизонтом

Рассмотрим, какова высота полюса мира над горизонтом по рисунку 2.5, где часть небесной сферы и земной шар изображены в проекции на плоскость небесного меридиана.

Пусть ОР - ось мира, параллельная оси Земли; OQ - проекция части небесного экватора, параллельного экватору Земли; OZ - отвесная линия. Тогда высота полюса мира над горизонтом h P = PON, а географическая широта φ =Q 1 O 1 O. Очевидно, что эти углы (PON и Q 1 O 1 O) равны между собой, поскольку их стороны взаимно перпендикулярны (ОО 1 ON, a OQ OP). Отсюда следует, что высота полюса мира над горизонтом равна географической широте места наблюдения: h P = φ . Таким образом, географическую широту пункта наблюдения можно определить, если измерить высоту полюса мира над горизонтом.

В зависимости от места наблюдателя на Земле меняется вид звездного неба и характер суточного движения звезд.

Проще всего разобраться в том, что и как происходит, на полюсах Земли. Полюс такое место на земном шаре, где ось мира совпадает с отвесной линией, а небесный экватор с горизонтом (рис. 2.6).

Для наблюдателя, находящегося на Северном полюсе, Полярная звезда видна близ зенита. Здесь над горизонтом находятся только звезды Северного полушария небесной сферы (с положительным склонением). На Южном полюсе, наоборот, видны только звезды с отрицательным склонением. В обоих случаях, двигаясь вследствие вращения Земли параллельно небесному экватору, звезды остаются на неизменной высоте над горизонтом, не восходят и не заходят.

Отправимся с Северного полюса в привычные средние широты. Высота Полярной звезды над горизонтом будет постепенно уменьшаться, одновременно угол между плоскостями горизонта и небесного экватора будет увеличиваться.

Как видно из рисунка 2.7, в средних широтах (в отличие от Северного полюса) лишь часть звезд Северного полушария неба никогда не заходит. Все остальные звезды как Северного, так и Южного полушария восходят и заходят.

Продолжим наше воображаемое путешествие и отправимся из средних широт к экватору, географическая широта которого 0°.Здесь ось мира располагается в плоскости горизонта, а небесный экватор проходит через зенит. На экваторе в течение суток все светила побывают над горизонтом (рис. 2.9).

На полюсах Земли видна только половина небесной сферы. На экваторе Земли в течение года можно увидеть все созвездия. В средних широтах часть звезд является незаходящими, часть – невосходящими, остальные восходят и заходят каждые сутки.

2.1.5. Высота светила в кульминации

При своем суточном движении светило, вращаясь вокруг оси мира, за сутки дважды пересекает меридиан - над точками юга и севера. При этом оно один раз занимает самое высокое положение - верхняя кульминация, другой раз - самое низкое положение - нижняя кульминация.

В момент верхней кульминации над точкой юга светило достигает наибольшей высоты над горизонтом.

Кульминация - это явление прохождения светила через меридиан, м омент пересечения небесного меридиана.

Светило М в течение суток описывает суточную параллель – малый круг небесной сферы, плоскость которого перпендикулярна оси мира и проходит через глаз наблюдателя.

М 1 - верхняя кульминация (h max; А= 0 o), М2 – нижняя кульминация (h min; A =180 o), М 3 – точка восхода, М 4 – точка захода,

По суточному движению светила делятся на:

• невосходящие
• восходяще - заходящие (восходящие и заходящие в течении суток)
• незаходящие.
• К каким относится Солнце, Луна? (ко 2)

На рисунке 2.8 показано положение светила в момент верхней кульминации.

Как известно, высота полюса мира над горизонтом (угол PON): h P = φ. Тогда угол между горизонтом (NS) и небесным экватором (QQ 1) будет равен 180° - φ - 90° = 90° - φ. Угол MOS, который выражает высоту светила М в кульминации, представляет собою сумму двух углов: Q 1 OS и MOQ 1 . Величину первого из них мы только что определили, а второй является не чем иным, как склонением светила М, равным δ.

Таким образом, мы получаем следующую формулу, связывающую высоту светила в кульминации с его склонением и географической широтой места наблюдения:

h = 90° - φ + δ.

Зная склонение светила и определив из наблюдений его высоту в кульминации, можно узнать географическую широту места наблюдения.

На рисунке изображена небесная сфера. Рассчитаем зенитное расстояние светила в данном пункте в момент верхней кульминации, если его склонение известно.

Вместо высоты h часто употребляют зенитное расстояние Z, равное 90°-h.

Зенитное расстояние - угловое расстояние точки М от зенита.

Пусть в момент верхней кульминации светило находится в точке М, тогда дуга QМ есть склонение δ светила, так как AQ - небесный экватор, перпендикулярный оси мира РР". Дуга QZ равна дуге NP и равна географиче­ской широте местности φ. Очевидно, зенитное расстояние, изображаемое дугой ZM, равно z = φ - δ.

Если бы светило кульминировало к северу от зенита Z (т. е. точка М оказалась бы между Z и P), то z = δ- φ. По этим формулам можно рассчитать зенитное расстояние светила с известным склонением в момент верхней кульминации в пункте с известной географической широтой φ.