1 ЗОРЯНЕ НЕБО
У безхмарну і безмісячну ніч далеко від населених пунктів можна розрізнити близько 3000 зірок. Уся небесна сфера містить близько 6000 зірок, видимих неозброєним оком. Зоряне небо в районі сузір'я Візничого
Астрономи старовини розділили зоряне небо на сузір'я. Велика частина сузір'їв, названих за часів Гіппарха і Птоломея, має назви тварин або героїв міфів. ГІППАРХ (бл. 180 – 125 р. р. до н. е. ), старогрецький астроном, один з основоположників астрономії. Склав зоряний каталог з 850 зірок, зафіксував їх яскравість за допомогою введеної ним шкали зоряних величин. Усі зірки він розподілив по 28 сузір'ях. ПТОЛЕМЕЙ Клавдій (бл. 90 – 160 р. р. ), старогрецький учений, останній великий астроном античності. Спорудив спеціальні астрономічні інструменти: астролябію, армілярну сферу, трикветр. Описав положення 1022 зірок. Система Птоломея викладена в його головній праці "Альмагест" ("Велика математична побудова астрономії в ХIII книгах") - енциклопедії астрономічних знань древніх.
Тисячі років назад яскраві зірки умовно з'єднали у фігури, які назвали сузір'ями Сузір'я "Змієносець" і "Змія" з атласу Флемстида.
Зображення сузір'їв із старовинного атласу Гевелія "Тілець" "Кассіопея" "Кит"
Сузір'ям називається ділянка небесної сфери, межі якої визначені спеціальним рішенням Міжнародного астрономічного союзу (МАС). Всього на небесній сфері - 88 сузір'їв.
У 1603 році Йоганн Байєр позначив яскраві зірки кожного сузір'я буквами грецького алфавіту : α (альфа), β (бета), γ (гамма), δ (дельта) і так далі, в порядку спадання їх блиску. Ці позначення використовуються й досі.
Найяскравіші зірки мають власні назви
До винаходу компаса зірки були основними орієнтирами: саме за ними древні мандрівники і мореплавці знаходили потрібний напрям. Астронавігація (орієнтування за зірками) зберегла своє значення і в наш вік супутників і атомної енергії. Вона потрібна для штурманів і космонавтів, капітанів і пілотів. Навігаційними називають 25 яскравих зірок, за допомогою яких визначають місцезнаходження корабля.
Цікаво, що: Тільки у 58 сузір'ях найяскравіші зірки називаються α (альфа). У 13 сузір'ях найяскравіші зірки - β (бета), а в деяких інших - і інші букви грецького алфавіту. Найбільші розміри має сузір'я Гідра (1303 квадратні градуси). Найменші розміри має сузір'я Південний Хрест (68 квадратних градусів). Найбільші розміри з видимих у північній півкулі має сузір'я Велика Ведмедиця (1280 квадратних градусів). Найбільшу кількість зірок, яскравіших за другу зоряну величину, містить сузір'я Оріон - 5 зірок. Найбільшу кількість зірок, яскравіших за четверту зоряну величину, містить сузір'я Велика Ведмедиця - 19 зірок.
Найвідоміша група зірок в північній півкулі - ківш Великої Ведмедиці
Сузір'я Великої Ведмедиці може служити хорошим помічником для запам'ятовування яскравих зірок Північної півкулі За ковшем Великої Ведмедиці легко визначити північний напрям
Зірки ковша Великої Ведмедиці в просторі розташовані дуже далеко одна від одної і ніякої пов'язаної групи насправді не утворюють
Зимовий трикутник складають яскраві зірки Бетельгейзе, Сиріус і Проціон з сузір'їв Оріону, Великого Пса і Малого Пса. Яскраві зірки Вега, Денеб і Альтаїр утворюють Літній трикутник.
ПІВНІЧНА НЕБЕСНА ПІВКУЛЯ
2 Зміна виду зоряного неба протягом доби
Небесна сфера - це уявна сфера необмеженого радіусу, в центрі якої знаходиться спостерігач. На небесну сферу проектуються зірки, Сонце, Місяць, планети. Властивості небесної сфери : центр небесної сфери вибирається довільно. Для кожного спостерігача - свій центр, а спостерігачів може бути багато. кутові виміри на сфері не залежать від її радіусу.
На небесній сфері розглядають лише кутові відстані. Кутова відстань між двома точками сфери - це кут між променями, що виходять у напрямі двох цих точок з ока спостерігача. Прийняті наступні одиниці кутових відстаней : радіан - центральний кут, що відповідає дузі, довжина якої дорівнює її радіусу. У 1 радіані 57° 17´ 45". градус - центральний кут, що відповідає 1 / 360 частині кола. Один дуговий градус 1° = 60´, одна дугова хвилина 1´ = 60"; Один радіан, десять градусів і одна година - центральний кут, що відповідає 1 / 24 частині кола. 1 h = 15°, 1 h = 60 m, 1 m = 60 s. 1 хвилина в годинній мірі дорівнює 15 дуговим хвилинам, 1 секунда в годинній мірі дорівнює 15 дуговим секундам: 1 m = 15´, 1 s = 15".
Площина, що проходить через центр небесної сфери і перпендикулярна прямовисній лінії, називається математичним (істинним) горизонтом.
Прямовисна лінія перетинає поверхню небесної сфери в двох точках: у верхній Z - зеніті і в нижній Z' - надирі.
Спостережуване добове обертання небесної сфери - уявне явище, що відображає дійсне обертання земної кулі навколо осі. Обертання Землі створює у спостерігача ілюзію обертання небесної сфери. Будь-який спостерігач бачить лише половину небесної сфери, інша половина від нього затуляється земною кулею (горизонтом). Зірки протягом доби описують круги з центром поблизу Полярної зірки. Обертання зоряного неба протягом доби. Обсерваторія в Мауна-Кеа, Гавайї.
Вісь видимого обертання небесної сфери називається віссю світу. Вісь світу перетинає небесну сферу в точках Р і Р' - полюсах світу.
Тяжіння Сонця і Місяця примушує земну вісь процесувати так само, як процесує вісь обертання дзиги, що швидко нахилилася під дією сили тяжіння.
Вісь Землі обертається відносно далеких зірок, роблячи повний оберт приблизно за 26 тисяч років (т. з. платонічний рік). При цьому вона описує коло радіусом 23, 5° з центром в сузір'ї Дракона. 13 тисяч років назад полюс світу вказував на Вегу. Далі титул Полярної по черзі привласнювався π, η і τ Геркулеса, зіркам Тубан і Кохаб. α Малої Ведмедиці стала полярною зіркою приблизно в 1100 році, а щонайближче до неї полюс пройде в 2100 році. Приблизно в 3200 році полярними стануть зірки сузір'я Цефей, потім вони поступляться першістю Денебу і Везі.
Поблизу північного полюса світу нині знаходиться α Малої Ведмедиці - Полярна зірка. Відстань Полярної зірки від північного полюса світу нині трохи менше 1'.
Велике коло небесної сфери, що проходить через зеніт, північний полюс світу, надир і південний полюс світу називається небесним меридіаном Площини математичного горизонту і небесного меридіану перетинаються по прямій NS, яку названо полуденною лінією (у цьому напрямі відкидають тінь предмети, що освітлюються Сонцем опівдні). Точка N - точка севера. Точка N - точка півночі. Точка S - точка півдня. ZZ'- прямовисна. SN – полуденна лінія PP' – вісь світу
Небесним екватором називається велике коло, перпендикулярне осі світу PP'. Небесний екватор перетинається з математичним горизонтом в точках сходу E і заходу W.
Проходження світила через небесний меридіан називається кульмінацією. У верхній кульмінації висота світила h максимальна, в нижній кульмінації - мінімальна. Проміжок між кульмінаціями світил дорівнює 12 годинам (1/2 доби). Для спостерігача, що знаходиться на Північному полюсі, над горизонтом знаходяться зірки тільки північної півкулі неба. Вони обертаються навколо Полярної зірки і не заходять за горизонт. Спостерігач, що знаходиться на Південному полюсі, бачить тільки зірки південної півкулі. На екваторі можуть спостерігатися усі зірки, розташовані і в північній, і в південній півкулях неба. Зірки бувають такими, що заходять і сходять на цій широті місця спостереження, а також такими, що не сходять і не заходять. Наприклад, у нас не видно зірок сузір'я Південний Хрест - це сузір'я, на наших широтах не сходить. А сузір'я Дракона, Малої Ведмедиці - сузір'я, що не заходять.
В залежності від географічної широти місцевості рух світил по небесній сфері виглядатиме по-різному
При добовому обертанні небесної сфери всі зорі обертаються рівномірно, з однаковою швидкістю паралельно небесному екватору. Положення зір по відношенню до небесного екватора не змінюється. Тому зручно визначати положення окремої зорі відносно небесного екватора. Екваторіальні координати використовуються для створення зоряних карт і атласів.
В екваторіальній системі координати зір визначаються їх положенням відносно небесного екватора. Координати зір в такій системі незмінні протягом тривалого часу (сотень чи тисяч років). Коло схилень - великий круг небесної сфери, що проходить через полюси світу і спостережуване світило. Схилення світила (δ) - кутова відстань від площини небесного екватора, виміряне уздовж кола схилень. Пряме сходження (α) - кутова відстань від точки весняного рівнодення до світила уздовж небесного екватора у бік, протилежний добовому обертанню небесної сфери. Екваторіальна система координат
Горизонтальна система координат Вертикал - це велике півколо небесної сфери, що проходить через зеніт, надир і світило. Висота світила (h) - це кутова відстань світила від горизонту (вимірюється в градусах, хвилинах і секундах в інтервалі від 0 до 90 о). Азимут (A) - це кутова відстань вертикала світила від точки півдня (вимірюється в градусах, хвилинах і секундах в інтервалі від 0 до 360 о).
3 Зміна виду зоряного неба впродовж року
Екліптика - видимий річний шлях центру сонячного диска по небесній сфері. Переміщення Сонця по екліптиці викликане річним рухом Землі навколо Сонця. Якщо дивитись із Землі на Сонце в різні місяці, то здаватиметься, що Сонце постійно змінює своє положення серед нерухомих зір, переходячи з одного сузір'я в інше.
Внаслідок нахилу земної осі до площини земної орбіти (на кут 23 о 27') кола екліптики та небесного екватору не співпадають. Сонце розміщується то вище небесного екватору, то нижче його. Центр сонячного диска перетинає небесний екватор двічі в році - 21 березня і 23 вересня. Взаємне розташування небесного екватора і екліптики
Точки перетину екліптики з небесним екватором називаються точками весняного і осіннього рівнодення. Через точку весняного рівнодення Сонце переходить з південної півкулі небесної сфери в північну (21 березня). Через точку осіннього рівнодення Сонце переходить з північної півкулі небесної сфери в південну (23 вересня).
У точці літнього сонцестояння (22 червня) Сонце перебуває найвище над небесним екватором (має максимальне схилення δ = +23° 27´. ). У точці зимового сонцестояння (22 грудня) Сонце перебуває найнижче під небесним екватором (має мінімальне схилення δ = - 23° 27´). В день весняного рівнодення 21 березня і осіннього рівнодення 23 вересня схилення Сонця δ = 0°. Дні сонцестояння, як і дні рівнодення, можуть змінюватися. Пов'язано це з тим, що в році не 365 діб, а трохи більше. Точки сонцестояння відстоять від точок рівнодення на 90°.
З малюнку видно, що у середніх широтах влітку довжина кола, по якому рухається Сонце протягом доби, значно більша, аніж взимку. Тому змінюється тривалість дня і ночі: влітку день значно довший ночі, взимку – навпаки. Оскільки за довгий день поверхня Землі добре прогрівається, то влітку середньодобова температура значно вища, ніж взимку. Змінюються і точки сходу та заходу сонячного диску. У дні весняного та осіннього рівнодення (21 березня та 23 вересня) Сонце сходить точно на сході і заходить точно на заході. Влітку Сонце сходить на північному сході, а заходить на північному заході. Взимку Сонце сходить на південному сході, а заходить на південному заході.
Видимий річний шлях Сонця проходить через 13 сузір'їв, починаючи від точки весняного рівнодення : Овен, Телець, Близнюки, Рак, Лев, Діва, Весы, Скорпіон, Змієносець, Стрілець, козерог, Водолій, Риби. За древньою традицією тільки 12 з них називаються зодіакальними. Сузір'я Змієносця до зодіакальних сузір'їв не зараховують.
У кожному зодіакальному сузір'ї Сонце перебуває приблизно місяць
Рух Землі навколо Сонця і уявний річний рух Сонця по екліптиці
Пояс шириною близько 9° по обидві сторони від екліптики називається зодіаком. По цій зоні проходять видимі шляхи Сонця, зірок і більшості планет. Зодіак проходить через 13 сузір'їв і ділиться на 12 знаків зодіаку.
Близько 2 тисяч років назад знаки зодіаку співпадали з однойменними зодіакальними сузір'ями. У ту далеку епоху, за часів Гіппарха, точка весняного рівнодення знаходилася в сузір'ї Овна, тому була позначена знаком цього сузір'я. Аналогічно точка літнього сонцестояння знаходилася в сузір'ї Рака і позначена його знаком, точка осіннього рівнодення в сузір'ї Терезів, а точка зимового сонцестояння - в сузір'ї Козерога. Але потім вони поступово змістилися до заходу і давно вже знаходяться в інших сузір'ях: точка весняного рівнодення в сузір'ї Риб, а точка осіннього рівнодення в сузір'ї Діви. Точка літнього сонцестояння з 1988 року знаходиться в сузір'ї Тельця. Зміщення точки весняного рівнодення відбувається назустріч річному руху Сонця приблизно на 50" в рік.
Причиною зміщення знаків зодіаку відносно однойменних зодіакальних сузір'їв є встановлена ще Гіппархом Родосом в II столітті до нашої ери прецесія, або передування рівнодень. Зірки, що лежать на цьому колі або біля нього, по черзі будуть полярними. Раніше біля полюса світу знаходилися зірки Тубан, Кохаб, нині - Полярна зірка.
4 Способи визначення географічної широти
Висота полюсу світу над горизонтом визначається географічною широтою місця спостереження Тому, приблизно географічну широту місця спостереження можна визначити, вимірявши висоту Полярної зірки над горизонтом.
Висота світила у верхній кульмінації h – висота світила hp– висота полюсу світу φ – географічна широта δ – схилення hp=φ h φ δ 90 -φ
Нерухомими залишаються лише Північний та Південний полюси світу
Добовий рух світил на різних широтах Зверніть увагу: на екваторі протягом доби всі зорі сходять і заходять, причому половину доби вони перебувають під горизонтом, а половину – над ним; на полюсах одні зорі всю добу перебувають над горизонтом, інші - під ним
Вид добового руху світил на широті Мурманська Ця зоря ніколи не заходить за горизонт Ця зоря сходить і заходить за горизонт Ця зоря ніколи не з'являється над горизонтом В середніх широтах є зорі, які впродовж доби: а) не заходять (завжди над горизонтом); б) не сходять (завжди під горизонтом); в) сходять і заходять.
