Небесная сфера, видимые движения света. Затемнение Солнца и месяца

Космос и небесная сфера

Небесная сфера, видимые движения света. Затемнение Солнца и месяца.

Первое впечатление от наблюдения звездного неба - это бесчисленность зрение и хаотичность их расположения на небосклоне. В действительности же зрение, которые можно увидеть невооруженным глазом, на небе Земли около 6 000.

Видимое расположение зрение на небе изменяется чрезвычайно медленно. Без точных измерений заметить его на протяжении сотен и даже тысяч лет невозможно. Это обстоятельство позволило при незапамятных временах нарисовать по самым ярким зорям первые характерные "звездные узоры" - созвездия.

Большинство их названий, которые используются и сегодня, - это наследство от давних греков. Да, в произведении "Альмагест" Птолемея перечислено 48 созвездий. Новые созвездия появились на небе после первых путешествий в южное полушарие Земли во время больших географических путешествий XVI - XVII ст., а также после изобретения телескопа.

В начале XX ст. насчитывалось 108 созвездий. Но на конгрессе Международного астрономического союза в 1922 г. их количество было уменьшено до 88. Тогда же были установлены также новые пределы созвездий, которые существуют и до сих пор.

Созвездие - это определенный участок звездного неба с четко очерченными пределами, что охватывает все надлежащие ей светила и которая имеет имя собственное.

Широко известную систему обозначения ярких зрение в созвездии буквами греческой азбуки (в соответствии с их порядком в алфавите) было введено немецким астрономом Йоганом Байером (1572-1625) в его звездном атласе, опубликованном в 1603 г. Однако еще в древние времена самые яркие зори получили имена (собственные их насчитывается 275. Из них лишь 15 % -греческие названия и 5 % -латинские, а 80 % -это арабские названия. Переводя трактаты арабских астрономов, европейские ученые, очевидно, специально оставляли их для использования. Звездное время имеет колоссальное значение при затмении Солнца или Луны.

Например, в арабских списках заре созвездия Лебедь названы принятым в те времена способом: Денеб - "Яркая на хвосте", Садр - "Грудь". Так они называются и сейчас. Название ближайшей к нам зари Проксима переводится из греческой как "ближайшая".

Еще одна система обозначения зрение в астрономии появилась благодаря Джону Флемстида (1646-1719). Английский астроном, первый директор Гринвической обсерватории и первый королевский астроном заключил каталог положений 3000 зрение. Всем зорям этого каталога Флемстид присвоил номера в порядке роста их прямых поднесений в пределах каждого созвездия. Этими номерами зари часто помечают и в наше время (например, 61 Лебединое, 70 Змееносца и тому подобное).

Для зрение, яркость которых изменяется со временем, введенные обозначения буквами латинского алфавита: R, S ... Z, дальше RR, AZ. Если в созвездии переменных зрение больше, чем 334 (столько комбинаций можно образовать из одной и двух букв), то такие переменные зори помечают так: V335, 336... (например, V335 Лебедя).

Отдельные зори названы именами ученых, что их изучали. Например, есть заря Барнарда, которая находится в созвездии Змееносца. Она интересна тем, что за 180 лет смещается на небе на величину диаметра Луны. Есть заря Тихо Браге - остаток вспышки Сверхновой зари 1572 p., какую изучал известный астроном Тихо Браге.

О том, на каком расстоянии от Земли содержатся небесные светила, люди стали задумываться еще тогда, когда господствующей была мысль о твердом хрустальном небе. Первым небесным светилом, к которому удалось определить расстояние стала Луна (греческий ученый Гиппарх около 150 г. к н. е.).

Расстоянию к планетам Солнечной системы прибегло узнать лишь в XVII ст. путем измерения горизонтального параллаксу.

Горизонтальный параллакс р- это угол между направлением на светило (что находится на горизонте) из какой-либо точки земной поверхности и направлением из центра Земли.

Расстояния к близким зрение определяют с помощью измерения их годового параллаксу.

Годовой параллакс - угол, под которым из зари был бы видно радиус земной орбиты.

Впервые надежный годовой параллакс был измерен в середине XIX ст. Доныне известно точные величины годового параллакса почти для 100 000 зрение, и на этой основе сделано около десяти других методов определения расстояний к более отдаленным объектам.

Поскольку расстояния между астрономическими объектами очень большие, то пользоваться привычными единицами длины (метр, километр) неудобно. Поэтому в астрономии используют особенные единицы для измерения расстояний : астрономическая единица (а. о.), которая равняется среднему расстоянию Земли от Солнца (149 600 000 км), и парсек (пк), от слов "параллакс" и "секунда" - расстояние, из которого средний радиус земной орбиты видно под углом 1" (секунда дуги). Часто используют производные единицы: килопарсек (1 кпк = 1 000 пк) и мегапарсек (1 Мпк = 1 000 000 пк).

Наблюдая звездное небо, трудно избавиться от мысли о сферическом своде, который вроде бы есть над головой. Но ощущение купола над землей - явление позірне : в действительности никакого купола, и тем более твердого неба, не существует. В действительности светила находятся от нас на разных расстояниях, но эти расстояния такие большие, что наш глаз разницы в этих расстояниях не воспринимает. Поэтому и кажется, что все светила размещены от нас одинаково далеко, то есть на внутренней поверхности некоторой сферы. Еще в древние времена ее назвали небесной сферой или линиями небесной сферы.

Понятие небесной сферы оказалось очень удобным при изучении видимых движений светил и определении их взаимных расположений на небе.

Небесная сфера - это мнимая сфера произвольного радиуса, в центре которой находится наблюдатель / на которую спроектированы все светила так, как он видит их в определенный момент времени из определенной точки пространства.

Проведем через центр небесной сферы отвесную черту (линию виска). Эта линия пересечет небесную сферу в двух точках: точке зенита (Z) - наивысшей точке над головой наблюдателя, и точке надиру (Z') - в противоположном полушарии под его ногами. Названия "зенит" и "надир" заимствованы из арабского языка и значат "вершина" и "направление ноги" соответственно. Если через центр небесной сферы провести плоскость, перпендикулярную к отвесной линии, эта плоскость пересечет небесную сферу по большому кругу, который называется математическим горизонтом (SWNE).

Заметим: математический горизонт практически никогда не совпадает с видимым горизонтом, который всегда является кругом меньшего радиуса.

Дальше вспомним о суточном вращении неба. Ось вращения, а она параллельна осе вращения Земли (ведь в действительности вращается Земля, а не небо), называется осью мира. Ось мира пересекается с небесной сферой в двух точках, которые называются полюсами мира. Один полюс - северный (Р) - есть над горизонтом наблюдателя в Северном полушарии Земли, второй полюс - южный (Р*) - есть в противоположной точке небесной сферы в Южном полушарии, под горизонтом.

Если же не брать к сведению размещения наблюдателя, то северным полюсом мира является тот, глядя на который из поза пределов вращения небесной сферы, видим ее вращение за часовой стрелкой.

В наше время Северный полюс мира находится вблизи зари ct Малой Медведицы, которую называют Полярной зарей.

Плоскость, которая проходит через центр небесной сферы перпендикулярно к оси мира, называется плоскостью небесного экватора. Эта плоскость пересекает небесную сферу по большому кругу, который называется небесным экватором (QWQ'E). Небесный экватор разделяет небесную сферу на два полушария: северную и южную.

При наблюдениях вида ночного неба в течение года можно обнаружить движение Солнца среди зрение. И действительно, в разные времена года в полночь небесный меридиан над точкой полдня последовательно пересекают зори разных созвездий, а именно - тех созвездий, что в данный момент противоположные Солнцу. В 365,24 времен (год) Солнце описывает среди зрение на небе полный круг, проходя ежесуточно отрезок приблизительно в два своих угловых диаметра (0,5°). Этот отрезок древние астрономы называли "шагом" Солнца.

Учитывая то, что таких "шагов" в полном кругу вмещается приблизительно 360, со временем закрепилось правило делить круг на 360 градусов (из лат. градус - шаг ).

Большой круг, по которому центр диска Солнца осуществляет свое видимое годовое движение на небесной сфере, называется эклипт и творю.

Слово "эклиптика" происходит от греческого "эклипто" - "затемняю", потому что как только Луна в своем руссе вокруг Земли пересечет эклиптику в полню, наступает затмение Луны. Если он пересекает эклиптику в фазе нового Месяца, происходит затемнение Солнца.

Плоскость эклиптики наклонена к плоскости небесного экватора под углом есть = 23°26,5'. Эклиптика пересекается с небесным экватором в двух точках равноденствий : весеннего и осеннего, что обозначаются соответственно знаками и . Точка весеннего равноденствия Y - это точка небесного экватора, через которую центр диска Солнца 20-21 марта переходит из южного полушария неба в северную. Через точку осеннего равноденствия л центр диска Солнца 22-23 сентября переходит из северного полушария неба в южную.

Повседневный распорядок жизни человека связан с видимым положением Солнца, его востоком, кульминацией и западом. Иначе говоря, мы живем за солнечным временем.

Промежуток времени между двумя последовательными одноименными кульминациями центра диска Солнца на одном и том же географическом меридиане называется настоящими солнечными сутками.

За начало настоящих солнечных суток на определенном меридиане принимается момент нижней кульминации Солнца (настоящий север). Но длительность настоящих солнечных суток не является постоянной величиной.

Это связано с двумя причинами: во-первых, Земля в течение года двигается вокруг Солнца по эллиптической орбите, то есть неравномерно, а следовательно, неравномерным виявля¬ється и видимое годовое движение Солнца среди зрение; во-вторых, Солнце двигается не вдоль небесного экватора, а по эклиптике, наклоненной к небесному экватору под значительным углом.

Через непостоянство длительности настоящих солнечных суток пользоваться настоящим солнечным временем в быту очень неудобно. Ведь невозможно непрерывно регулировать все часы "в угоду капризному Солнцу". Поэтому было введено понятие среднего солнца.

Среднее солнце - это фиктивная точка, которая равномерно двигается вдоль небесного экватора, и за тот же промежуток времени (год), что и Солнце, возвращается к точке весеннего равноденствия CY>. Время, которое определяется за средним солнцем и за которым мы живем, называется средним солнечным временем и измеряется средними солнечными сутками.

Солнечное затмение происходит тогда, когда тень от Луны попадает на поверхность Земли. Оно наблюдаться попусту по-разному в разных точках земной поверхности. Диск Солнца будет полностью закрытым только для наблюдателя, который находится внутри месячной тени, среднее значение диаметра которой на поверхности Земли - 100 км. В этой узкой зоне будет наблюдаться полное солнечное затмение.

На участках земной поверхности, куда падает полутень от Луны, внутри так называемого конуса месячной полутени, будет наблюдаться частичное солнечное затмение.

В разных точках Земли солнечное затмение наступает в разное время. В результате движения Луны вокруг Земли и вращения Земли вокруг оси тень от Луны перемещается по земной поверхности приблизительно с запада на восток, образовывая полосу длиной несколько тысяч километров и максимальной шириной 270 км. Полная фаза затемнения, когда Солнце полностью закрывается диском Луны, длится не больше 7,5 мин.

Видимые движения верхних планет, которыми является Марс, Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун, а также всех астероидов, видим иначе. Из определенного момента восток каждой из этих планет наступает все раньше, чем восход Солнца, потому что Солнце двигается среди зрение быстрее, чем они. Замедляя свое движение относительно зрение, верхняя планета останавливается, наступает ее стояние. Потом она начинает двигаться в обратном направлении с растущей скоростью, а ее отдаление от Солнца увеличивается. Когда оно достигает максимального значения, планета занимает по отношению к Солнцу точку противостояния.

В этом положении планета всходит близко моменту заката Солнца, кульминирует в полночь и всю ночь находится над горизонтом. Это время является самым благоприятным для ее наблюдений.

После противостояния обратное движение планеты начинает замедляться, пока опять не наступит ее стояние. После стояния она опять начинает двигаться среди зрение с растущей скоростью, но уже прямым движением. Солнце постепенно "догоняет" планету, и впоследствии наступает период ее невидимости, потому что она оказывается по солнцу. Когда Солнце "перегоняет" планету, через определенное время она появляется утром на востоке и потом с каждым днем всходит все раньше, чем Солнце. А дальше цикл повторяется.

Используя данные Птолемея, М. Коперник определил относительные расстояния (в радиусах орбиты Земли) каждой из планет от Солнца, а также их сидерические (относительно зрение) периоды вращения вокруг Солнца. Это дало возможность Йогану Кеплеру установить три закона движения планет.

Первый закон Кеплера

Каждая из планет двигается вокруг Солнца по эллипсу, в одном из фокусов которого находится Солнце.

Эллипс - это замкнутая кривая, сумма расстояний к каждой точке которой от фокусов Fi и F2 ровная его большой осе, то есть 2а, где а - большая полуось эллипса.

Если Солнце находится в фокусе Fi, а планета в точке Р, то отрезок прямой FiP называется радиусом- GG кто ром планеты.

Орбиты планет в Солнечной системе очень мало отличаются от круговых. Ближайшая к Солнцу точка планетной орбиты П называется перигелием, самая дальняя точка орбиты А - афелием.

Второй закон Кеплера

Радиус-вектор планеты за одинаковые интервалы времени описывает равновеликие площади.

Из данного закона выплывает важный вывод: поскольку площади 1 и 2 уровни, то по дуге Р1Р2 планета двигается с большей скоростью, чем по дуге Р3Р4, то есть скорость планеты наибольшая в перигелии П и наименьшая в афелии А. Любую определенную систему счета значительных промежутков времени с разделением на отдельные периоды (годы, месяцы, дни) называют календарем (от лат. "calendac" - первое число месяца).

Все существующие на Земле календари разделяются на три главных типа: солнечные, месячные и лунно-солнечные. В основе солнечного календаря есть длительность тропического года, в основе месячного - длительность месячного месяца, а месячно-солнечный календарь стремится объединить и то, и другое.

Современный календарь, принятый в большинстве стран мира, является солнечным. Впервые солнечный календарь был составлен около 7000 лет тому назад в Египте.

Календарь римлян в своем начальном виде был таким запутанным, что это, в конечном итоге, привело к его коренной реформе, осуществленной в 46 году к н. е. по приказу императора Юлия Цезаря. В этом календаре за среднюю.

длительность тропического года принята промежуток времени у 365,25 суток. А, чтобы каждый год имел целое число суток, три года в нем имеют по 365 суток, а каждый четвертый год - 366 суток. Этот год называется високосным, а календарь называется юлианским.

Неточность года в юлианском календаре представляет 11' 14" - именно на столько он длиннее тропического года. Из этого "довеска" за 1000 лет набегает ошибка в 7,8 суток.

В конечном итоге это несоответствие привело к тому, что в 1582 г. за инициативы римского папы Григория XIII была проведена реформа юлианского календаря. Лишние дни (их оказалось 10), которые накопились в юлианском календаре от времени утверждения его официальным в христианстве (ІУ ст. нашей эры), были выброшены, и после 4 октября 1582 года наступило не 5-ое, а сразу 15-ое октября.