1 punkt sfery niebieskiej nad głową obserwatora. Sfera niebieska i jej główne elementy: punkty, linie, płaszczyzny

Wszystkie ciała niebieskie znajdują się w niezwykle dużych i bardzo różnych odległościach od nas. Ale nam wydają się równie odległe i zdają się znajdować na jakiejś kuli. Rozwiązując praktyczne problemy astronomii lotniczej, ważna jest znajomość nie odległości do gwiazd, ale ich położenia na sferze niebieskiej w momencie obserwacji.

Sfera niebieska to wyimaginowana kula o nieskończonym promieniu, której środkiem jest obserwator. Podczas badania sfery niebieskiej jej środek znajduje się w jednej linii z okiem obserwatora. Wymiary Ziemi są zaniedbywane, dlatego często środek sfery niebieskiej łączy się ze środkiem Ziemi. Oprawy przykładane są do kuli w takiej pozycji, w jakiej są widoczne na niebie w danym momencie z danego punktu, w którym znajduje się obserwator.

Sfera niebieska ma wiele charakterystycznych punktów, linii i okręgów. Na ryc. 1.1 okrąg o dowolnym promieniu przedstawia sferę niebieską, w środku której, oznaczonym punktem O, znajduje się obserwator. Rozważmy główne elementy sfery niebieskiej.

Pion obserwatora to linia prosta przechodząca przez środek sfery niebieskiej i pokrywająca się z kierunkiem pionu w punkcie obserwatora. Zenit Z to punkt przecięcia pionu obserwatora ze sferą niebieską, znajdujący się nad głową obserwatora. Nadir Z” to punkt przecięcia pionu obserwatora ze sferą niebieską, naprzeciwko zenitu.

Prawdziwy horyzont N E S W jest wielkim kołem na sferze niebieskiej, którego płaszczyzna jest prostopadła do pionu obserwatora. Prawdziwy horyzont dzieli sferę niebieską na dwie części: półkulę nadhoryzontalną, w której znajduje się zenit, oraz półkulę podhoryzontalną, w której znajduje się nadir.

Oś świata PP” jest linią prostą, wokół której następuje widoczny codzienny obrót sfery niebieskiej.

Ryż. 1.1. Podstawowe punkty, proste i okręgi na sferze niebieskiej

Oś świata jest równoległa do osi obrotu Ziemi, a dla obserwatora znajdującego się na jednym z biegunów Ziemi pokrywa się z osią obrotu Ziemi. Pozorny dzienny obrót sfery niebieskiej jest odzwierciedleniem rzeczywistego dziennego obrotu Ziemi wokół własnej osi.

Bieguny niebieskie to punkty przecięcia osi świata ze sferą niebieską. Biegun niebieski znajdujący się w rejonie konstelacji Ursa Minor nazywany jest północnym biegunem niebieskim P, a przeciwny biegun nazywany jest biegunem południowym.

Równik niebieski to duży okrąg na sferze niebieskiej, którego płaszczyzna jest prostopadła do osi świata. Płaszczyzna równika niebieskiego dzieli sferę niebieską na półkulę północną, na której znajduje się północny biegun niebieski, i półkulę południową, na której znajduje się południowy biegun niebieski.

Południk niebieski, czyli południk obserwatora, to duży okrąg na sferze niebieskiej, przechodzący przez bieguny świata, zenit i nadir. Zbiega się z płaszczyzną ziemskiego południka obserwatora i dzieli sferę niebieską na półkulę wschodnią i zachodnią.

Punkty północy i południa to punkty przecięcia południka niebieskiego z prawdziwym horyzontem. Punkt położony najbliżej bieguna północnego świata nazywany jest północnym punktem prawdziwego horyzontu C, a punkt najbliższy biegunowi południowemu świata nazywany jest punktem południowym S. Punkty wschodu i zachodu to punkty przecięcie równika niebieskiego z prawdziwym horyzontem.

Linia południa to linia prosta w płaszczyźnie prawdziwego horyzontu, łącząca punkty północy i południa. Linię tę nazywa się południem, ponieważ w południe według lokalnego prawdziwego czasu słonecznego cień słupa pionowego pokrywa się z tą linią, czyli z prawdziwym południkiem danego punktu.

Południowe i północne punkty równika niebieskiego to punkty przecięcia południka niebieskiego z równikiem niebieskim. Punkt położony najbliżej południowego punktu horyzontu nazywany jest południowym punktem równika niebieskiego, a punkt najbliższy północnemu punktowi horyzontu nazywany jest punktem północnym

Pion oprawy, czyli okrąg wysokości, to duży okrąg na sferze niebieskiej, przechodzący przez zenit, nadir i światło. Pierwsza pionowa to pionowa przechodząca przez punkty wschodu i zachodu.

Koło deklinacji, czyli koło godzinowe źródła światła, RMR, to duży okrąg na sferze niebieskiej, przechodzący przez bieguny mioa i światło.

Dzienny równoleżnik oprawy to mały okrąg na sferze niebieskiej poprowadzony przez oprawę równolegle do płaszczyzny równika niebieskiego. Pozorny codzienny ruch opraw odbywa się wzdłuż codziennych równoleżników.

Almucantarat luminarza AMAG to mały okrąg na sferze niebieskiej poprowadzony przez luminarz równolegle do płaszczyzny prawdziwego horyzontu.

Rozważane elementy sfery niebieskiej są szeroko stosowane w astronomii lotniczej.

Punkt na niebie, który leży w górę, w kierunku linii pionu, w każdym miejscu na powierzchni ziemi. W astronomii oprócz tej geologii geograficznej istnieje jeszcze geologia geocentryczna... Słownik encyklopedyczny Brockhausa i Efrona

Punkty i linie sfery niebieskiej - jak znaleźć almukantarat, gdzie przechodzi równik niebieski, czyli południk niebieski.

Co to jest sfera niebieska

Sfera niebiańska- pojęcie abstrakcyjne, wyimaginowana kula o nieskończonym promieniu, której środkiem jest obserwator. W tym przypadku środek sfery niebieskiej znajduje się niejako na poziomie oczu obserwatora (innymi słowy, wszystko, co widzisz nad głową od horyzontu do horyzontu, jest właśnie tą kulą). Jednak dla ułatwienia percepcji możemy wziąć pod uwagę środek sfery niebieskiej i środek Ziemi, nie ma w tym błędu. Na kuli nanoszone są pozycje gwiazd, planet, Słońca i Księżyca w takiej pozycji, w jakiej są widoczne na niebie w danym momencie z danego punktu, w którym znajduje się obserwator.

Innymi słowy, choć obserwując położenie gwiazd na sferze niebieskiej, będąc w różnych miejscach planety, będziemy stale widzieć nieco inny obraz, znając zasady „działania” sfery niebieskiej, patrząc na po nocnym niebie możemy łatwo odnaleźć drogę, korzystając z prostej technologii. Znając widok z góry w punkcie A, porównamy go z widokiem nieba w punkcie B i dzięki odchyleniom od znanych punktów będziemy w stanie zrozumieć, gdzie dokładnie się teraz znajdujemy.

Ludzie już dawno wymyślili szereg narzędzi ułatwiających nam zadanie. Jeśli poruszasz się po kuli ziemskiej, po prostu posługując się szerokością i długością geograficzną, wówczas cały szereg podobnych elementów – punktów i linii – jest również zapewniony dla globu „niebiańskiego” – sfery niebieskiej.

Sfera niebieska i położenie obserwatora. Jeśli obserwator się poruszy, poruszy się cała widoczna dla niego kula.

Elementy sfery niebieskiej

Sfera niebieska ma wiele charakterystycznych punktów, linii i okręgów; rozważmy główne elementy sfery niebieskiej.

Obserwator pionowo

Obserwator pionowo- linia prosta przechodząca przez środek sfery niebieskiej i zbiegająca się z kierunkiem linii pionu w punkcie obserwatora. Zenit- punkt przecięcia pionu obserwatora ze sferą niebieską, znajdujący się nad głową obserwatora. Nadir- punkt przecięcia pionu obserwatora ze sferą niebieską, naprzeciwko zenitu.

Prawdziwy horyzont- duży okrąg na sferze niebieskiej, którego płaszczyzna jest prostopadła do pionu obserwatora. Prawdziwy horyzont dzieli sferę niebieską na dwie części: półkula nadhoryzontalna, w którym znajduje się zenit, i półkula podpozioma, w którym znajduje się nadir.

Axis mundi (oś Ziemi)- linia prosta, wokół której następuje widoczny codzienny obrót sfery niebieskiej. Oś świata jest równoległa do osi obrotu Ziemi, a dla obserwatora znajdującego się na jednym z biegunów Ziemi pokrywa się z osią obrotu Ziemi. Pozorny dzienny obrót sfery niebieskiej jest odzwierciedleniem rzeczywistego dziennego obrotu Ziemi wokół własnej osi. Bieguny niebieskie to punkty przecięcia osi świata ze sferą niebieską. Nazywa się biegun niebieski, znajdujący się w rejonie konstelacji Ursa Minor biegun północnyświat, a przeciwny biegun nazywa się biegun południowy.

Wielkie koło na sferze niebieskiej, którego płaszczyzna jest prostopadła do osi świata. Płaszczyzna równika niebieskiego dzieli sferę niebieską na półkula północna, w którym znajduje się Biegun Północny, oraz półkula południowa, gdzie znajduje się biegun południowy.

Lub południk obserwatora to duży okrąg na sferze niebieskiej, przechodzący przez bieguny świata, zenit i nadir. Zbiega się z płaszczyzną ziemskiego południka obserwatora i dzieli sferę niebieską na wschodni I Zachodnia półkula.

Punkty północne i południowe- punkt przecięcia południka niebieskiego z prawdziwym horyzontem. Punkt położony najbliżej bieguna północnego świata nazywany jest północnym punktem prawdziwego horyzontu C, a punkt najbliższy biegunowi południowemu świata nazywany jest punktem południowym S. Punkty wschodu i zachodu to punkty przecięcie równika niebieskiego z prawdziwym horyzontem.

Linia południowa- linia prosta w płaszczyźnie prawdziwego horyzontu łącząca punkty północy i południa. Linię tę nazywa się południem, ponieważ w południe według lokalnego prawdziwego czasu słonecznego cień słupa pionowego pokrywa się z tą linią, czyli z prawdziwym południkiem danego punktu.

Punkty przecięcia południka niebieskiego z równikiem niebieskim. Nazywa się punkt położony najbliżej południowego punktu horyzontu południowy punkt równika niebieskiego, a punkt położony najbliżej północnego punktu horyzontu to północny punkt równika niebieskiego.

Pion oprawy

Pion oprawy, Lub koło wysokości, - duży okrąg na sferze niebieskiej, przechodzący przez zenit, nadir i światło. Pierwsza pionowa to pionowa przechodząca przez punkty wschodu i zachodu.

Koło deklinacji lub , to duży okrąg na sferze niebieskiej, przechodzący przez bieguny świata i światło.

Mały okrąg na sferze niebieskiej przeciągnięty przez oprawę równoległą do płaszczyzny równika niebieskiego. Pozorny codzienny ruch opraw odbywa się wzdłuż codziennych równoleżników.

luminarze Almucantaratu

luminarze Almucantaratu- mały okrąg na sferze niebieskiej poprowadzony przez światło równolegle do płaszczyzny prawdziwego horyzontu.

Wszystkie wymienione powyżej elementy sfery niebieskiej są aktywnie wykorzystywane do rozwiązywania praktycznych problemów orientacji w przestrzeni i określania położenia opraw. W zależności od celu i warunków pomiaru stosuje się dwa różne systemy sferyczne współrzędne niebieskie.

W jednym systemie oprawa jest zorientowana względem prawdziwego horyzontu i nazywa się tym systemem, a w drugim względem równika niebieskiego i nazywa się.

W każdym z tych układów położenie gwiazdy na sferze niebieskiej wyznaczają dwie wielkości kątowe, tak jak położenie punktów na powierzchni Ziemi określa się za pomocą szerokości i długości geograficznej.

Pochodzenie

Słowo zenit wynika z niedokładnego odczytania arabskiego wyrażenia سمت الرأس ( Samt ar-ra), co oznacza „kierunek do głowy” lub „ścieżkę nad głową”. W średniowieczu w XIV wieku słowo to dotarło do Europy za pośrednictwem łaciny i prawdopodobnie starohiszpańskiego. Zostało skrócone do samt("kierunek") - samt i z błędami ortograficznymi przekształconymi w starczy - Senit. Poprzez słowo starofrancuskie i średnioangielskie starczy ostatecznie przekształciło się w nowoczesne słowo w XVII wieku zenit .

Znaczenie i zastosowanie

Pojęcie „zenit” jest używane w następujących kontekstach naukowych:

• Służy jako kierunek pomiaru kąt zenitalny, czyli odległość kątowa między kierunkiem do interesującego nas obiektu (na przykład gwiazdy) a lokalnym zenitem względem punktu, dla którego wyznaczany jest zenit.
• Definiuje jedną z osi poziomego układu współrzędnych w astronomii.

Jest to zatem związane z koncepcjami elementów sfery niebieskiej - pionu i koła wysokości oprawy.

Ściśle mówiąc, zenit jest tylko około związany z lokalną płaszczyzną południka, ponieważ ten ostatni jest definiowany w kategoriach właściwości obrotowych ciała niebieskiego, a nie w kategoriach jego pola grawitacyjnego. Zbiegają się one tylko w przypadku idealnie symetrycznego korpusu obrotowego. Dla Ziemi oś obrotu nie ma stałego położenia (np. ze względu na ciągłe ruchy wody oceanicznej i innych zasobów wodnych), a lokalny kierunek pionowy, wyznaczony za pomocą pola grawitacyjnego, sam zmienia kierunek w czasie (np. na przykład z powodu pływów księżycowych i słonecznych oraz odpływów).

Czasem termin zenit odnosi się do najwyższego punktu osiągniętego przez ciało niebieskie (Słońce, Księżyc itp.) podczas jego pozornego ruchu orbitalnego względem danego punktu obserwacyjnego. Jednakże Wielki Słownik Astronomiczny podaje następującą definicję zenitu:

Punkt na sferze niebieskiej znajdujący się bezpośrednio nad głową obserwatora. Zenit astronomiczny formalnie definiuje się jako przecięcie pionu ze sferą niebieską. Zenit geocentryczny to przecięcie ze sferą niebieską linii biegnącej od środka Ziemi przez punkt, w którym znajduje się obserwator. Zenit geodezyjny leży na linii normalnej do elipsoidy lub sferoidy geodezyjnej w położeniu obserwatora.

Zatem w zastosowaniu na przykład do Słońca zenit można osiągnąć tylko na niskich szerokościach geograficznych.

Sfera niebieska jest wyimaginowaną powierzchnią kulistą o dowolnym promieniu, w środku której znajduje się obserwator. Na nie rzutowane są ciała niebieskie sfera niebieska.

Ze względu na niewielkie rozmiary Ziemi, w porównaniu z odległościami do gwiazd, obserwatorów znajdujących się w różnych miejscach na powierzchni Ziemi można uznać za znajdujących się w środek sfery niebieskiej. W rzeczywistości w przyrodzie nie istnieje żadna materialna sfera otaczająca Ziemię. Ciała niebieskie poruszają się w nieograniczonej przestrzeni kosmicznej w bardzo różnych odległościach od Ziemi. Odległości te są niewyobrażalnie duże, nasz wzrok nie jest w stanie ich ocenić, dlatego człowiekowi wszystkie ciała niebieskie wydają się jednakowo odległe.

W ciągu roku Słońce zakreśla duży okrąg na tle rozgwieżdżonego nieba. Roczna droga Słońca po sferze niebieskiej nazywana jest ekliptyką. Krążyć po okolicy ekliptyka. Słońce dwukrotnie przecina równik niebieski w punktach równonocy. Dzieje się to 21 marca i 23 września.

Punkt na sferze niebieskiej, który pozostaje nieruchomy podczas codziennego ruchu gwiazd, jest umownie nazywany północnym biegunem niebieskim. Przeciwny punkt sfery niebieskiej nazywany jest południowym biegunem niebieskim. Mieszkańcy półkuli północnej tego nie widzą, ponieważ znajduje się poniżej horyzontu. Linia pionu przechodząca przez obserwatora przecina niebo powyżej w zenicie i w punkcie diametralnie przeciwnym, zwanym nadirem.

Oś pozornego obrotu sfery niebieskiej, łącząca oba bieguny świata i przechodząca przez obserwatora, nazywana jest osią świata. Na horyzoncie poniżej północnego bieguna niebieskiego leży północny punkt, to punkt diametralnie naprzeciw niego południowy punkt. Punkty wschodnie i zachodnie leżą na horyzoncie i są pod kątem 90° od punktów północnych i południowych.

Tworzy się płaszczyzna przechodząca przez środek kuli prostopadle do osi świata płaszczyzna równika niebieskiego, równolegle do płaszczyzny równika ziemskiego. Płaszczyzna południka niebieskiego przechodzi przez bieguny świata, punkty północy i południa, zenit i nadir.

Niebiańskie współrzędne

Nazywa się układ współrzędnych, w którym odniesienie odbywa się z płaszczyzny równikowej równikowy. Nazywa się odległość kątową gwiazdy od równika niebieskiego, która waha się od -90° do +90°. Deklinacja uważany za dodatni na północ od równika i ujemny na południe. mierzy się kątem pomiędzy płaszczyznami kół wielkich, z których jedna przechodzi przez bieguny świata i dane źródło światła, druga - przez bieguny świata i punkt równonocy wiosennej leżący na równiku.

Współrzędne poziome

Odległość kątowa to odległość między obiektami na niebie, mierzona kątem utworzonym przez promienie docierające do obiektu z punktu obserwacyjnego. Odległość kątowa gwiazdy od horyzontu nazywana jest wysokością gwiazdy nad horyzontem. Położenie oprawy względem boków horyzontu nazywa się azymutem. Liczenie odbywa się od południa zgodnie z ruchem wskazówek zegara. Azymut a wysokość gwiazdy nad horyzontem mierzy się za pomocą teodolitu. Jednostki kątowe wyrażają nie tylko odległości między ciałami niebieskimi, ale także rozmiary samych obiektów. Odległość kątowa bieguna niebieskiego od horyzontu jest równa szerokości geograficznej obszaru.

Wysokość opraw w punkcie kulminacyjnym

Zjawiska przejścia świateł przez południk niebieski nazywane są kulminacjami. Dolną kulminacją jest przejście luminarzy przez północną połowę południka niebieskiego. Zjawisko przejścia światła przez południową połowę południka niebieskiego nazywa się kulminacją górną. Moment górnej kulminacji środka Słońca nazywany jest prawdziwym południem, a moment dolnej kulminacji nazywany jest prawdziwą północą. Odstęp czasu między kulminacjami wynosi połowa dnia.

Dla opraw nie zachodzących nad horyzontem widoczne są obie kulminacje, dla wschodzących i zachodzących niższa kulminacja występuje poniżej horyzontu, poniżej punktu północnego. Każda gwiazda kulminuje na danym obszarze znajduje się zawsze na tej samej wysokości nad horyzontem, gdyż jego odległość kątowa od bieguna niebieskiego i od równika niebieskiego nie zmienia się. Słońce i Księżyc zmieniają wysokość o
który oni kulminować.