Борис Шатров – Удивительный мир, в котором мы живем: захватывающие путешествия по астрономии, физике и истории (страница 5)

Для наземного наблюдателя вращение небесной сферы воспроизводит суточное движение светил на небе.

Долгое время люди считали, что Земля – это плоский диск, а все небесные тела движутся вокруг него по небесному куполу. Времена невежества давно прошли, а с началом полетов в космос мало у кого остались сомнения, что Земля имеет сферическую форму. Астрономы же старались изо всех сил удержать понятие купола для небес, и, так как уже невозможно стало применять модель Земли в виде плоского диска, они трансформировали небесный купол в небесную сферу.

Вы можете возразить, что современные астрономы – хомо сапиенс, а не неандертальцы, и они знают, как устроена Вселенная. Да, конечно, знают, хотя некоторые наши современники продолжают верить, что Земля плоская, а отчеты о полетах в космос – обман. Астрономы до сих пор используют модель, где все небесные светила вращаются вокруг глаза наблюдателя, возможно, потому, что это просто удобно и до сего времени никто не смог предложить им что-то лучше. Небесная сфера – это как фундамент здания астрономии, которое строилось даже не века, а тысячелетия. Фундамент же лучше не трогать, иначе все здание может разрушиться.

Ось мира — это прямая линия, проведенная через центр небесной сферы (который есть не что иное, как глаз наблюдателя!) параллельно оси вращения Земли. Вокруг оси мира происходит видимое вращение небесной сферы. Точки пересечения оси мира с небесной сферой называются полюсами мира (см. ниже).

Если глаз наблюдателя поместить в центр Земли, то ось мира совпадает с осью вращения Земли и проходит через два полюса мира. Такая небесная сфера с центром в центре Земли называется геоцентрической и часто используется в астрономии.

Полюсы мира — это точки пересечения оси мира с небесной сферой. В точке пересечения оси мира и небесной сферы в Северном полушарии находится Северный полюс мира; в непосредственной близости от этой точки (отклонение составляет менее одного градуса) находится альфа, то есть самая яркая звезда созвездия, Малой Медведицы, которая называется Полярной звездой. Противоположная точка пересечения оси и сферы называется Южным полюсом мира. У Южного полюса мира рядом нет звезды, как в Северном полушарии, поэтому его находят с помощью созвездия Южный Крест.

Часто полюсы мира определяют как точки пересечения оси вращения Земли с небесной сферой. Вы можете возразить: ось мира и ось Земли в общем случае не совпадают – так где же находятся полюсы мира? Давайте посчитаем. Наблюдатель может отдалиться от оси Земли максимум на радиус Земли, когда приедет на экватор. Радиус планеты на экваторе равен 6 378 километрам, а до Полярной звезды 447 световых лет. Скорость света 300 000 километров в секунду, и в году 31 557 600 секунд, отсюда расстояние до Полярной звезды – 9,47·10¹² километров. Таким образом, радиус Земли меньше расстояния до Полярной звезды более чем в 1,5·10⁹ раз, или меньше чем в триллион раз! Возражать в данном случае – это как предъявлять претензии часовщику, что он установил ось маятника на часах на миллиардную долю микрона в сторону от положенного места. Поэтому убедились – оба определения об одном и том же, и двигаемся дальше!

Рис.1.6. Точки, линии, плоскости небесной сферы

Маша: Я тут вижу две похожие окружности – «небесный экватор» и «эклиптика». Они обе ровные и большие. Чем они отличаются?

Федя: Ты подметила самое главное! Это два фундаментальных круга.

Небесный экватор – это проекция земного экватора на небо или другими словами: линия пересечения плоскости земного экватора с небесной сферой.

А эклиптика – это путь Солнца по небу в течение года. Ты же знаешь, что наша планета вращается вокруг Солнца, да ещё и наклонена. Из-за этого наша точка зрения постоянно меняется, и нам кажется, что Солнце движется по этому большому кругу (эклиптике). А если бы земля не была наклонена, то эти две окружности совпали и была бы только одна окружность: эклиптика-небесный экватор.

Рис.1.7. Точки, линии, плоскости небесной сферы

Маша: Подожди… А все эти точки – зенит, надир… Они ведь для кого-то одного? То есть, если я встану на три метра левее, у меня будет уже совсем другая небесная сфера?

Федя: Абсолютно верно! Ты совершила ключевое открытие в наблюдательной астрономии! Небесная сфера – это твой личный мир. Её центр – всегда твой глаз.

Зенит – это точка прямо над твоей головой.

Надир – прямо под твоими ногами, сквозь Землю.

Горизонт – это круг, где небо сходится с Землёй, если смотреть вокруг тебя.

Если ты сдвинешься, твой зенит и горизонт сдвинутся вместе с тобой. Но «глобальные» линии, вроде небесного экватора, для всех наблюдателей на Земле будут примерно одинаковы. Эта картинка показывает нам вид вселенной с одной конкретной точки в определённый момент времени. Это твой личный небесный купол

Эклиптика — это круг, по которому плоскость орбиты Земли пересекает небесную сферу. Плоскость, в которой лежит эклиптика, называется плоскостью эклиптики, и она совпадает с плоскостью орбиты Земли.

Небесный экватор — это круг, принадлежащий небесной сфере и получаемый в результате пересечения небесной сферы плоскостью земного экватора. Небесный экватор делит небесную сферу на два полушария: Северное, с вершиной в Северном полюсе мира, и Южное, с вершиной в Южном полюсе мира.

Вертикаль наблюдателя — это прямая, проходящая через центр небесной сферы, то есть через глаз наблюдателя, и совпадающая с направлением нити отвеса в точке наблюдателя. Нить отвеса всегда направлена к центру Земли, поэтому вертикаль наблюдателя – это прямая, проходящая через глаз наблюдателя и центр Земли.

Зенит — это точка пересечения вертикали наблюдателя с небесной сферой, расположенная над головой наблюдателя. Надо запомнить, что зенит – это прямо над головой. И это имеют в виду, когда говорят и пишут, что «солнце стояло в зените». Если у вас Солнце в зените, то оно находится прямо по вертикали над вашей головой, и, следовательно, вы не отбрасываете тени. В каком месте на Земле Солнце в полдень находится действительно в зените, читайте в главе 5.

Надир – это точка пересечения вертикали наблюдателя с небесной сферой, противоположная зениту.

Или еще проще: зенит – это точка небесной сферы прямо над головой наблюдателя, а надир – точка небесной сферы прямо под ногами наблюдателя.

Истинный, или математический, горизонт – это большой круг на небесной сфере, плоскость которого перпендикулярна вертикали наблюдателя и проходит через центр небесной сферы – глаз наблюдателя. Истинный горизонт делит небесную сферу на две части: надгоризонтную полусферу, в которой расположен зенит, и подгоризонтную полусферу, в которой расположен надир.

Небесный меридиан, или меридиан наблюдателя, — это большой круг на небесной сфере, проходящий через полюсы мира, зенит и надир. Он совпадает с плоскостью земного меридиана наблюдателя и делит небесную сферу на восточную и западную полусферы.

Кульминация — это прохождение светила через небесный меридиан в процессе его суточного движения. В течение суток все светила дважды пересекают небесный меридиан. Различают верхнюю и нижнюю кульминацию светила. В верхней кульминации высота светила наибольшая, а в нижней – наименьшая. Для незаходящих светил обе кульминации происходят над горизонтом. Для восходящих и заходящих светил верхняя кульминация происходит над горизонтом, а нижняя – под горизонтом. У невосходящих светил обе кульминации происходят под горизонтом и недоступны для наблюдения.

Система небесных координат используется в астрономии для описания положения светил на небе или точек на воображаемой небесной сфере. Координаты светил или точек задаются двумя угловыми величинами, однозначно определяющими положение объектов на небесной сфере. Таким образом, система небесных координат является сферической системой координат, в которой третья координата – расстояние – часто неизвестна и не играет роли.

Системы небесных координат отличаются друг от друга выбором основной плоскости, называемой фундаментальной, и началом отсчета. В зависимости от задачи может быть более удобным использовать ту или иную систему. Чаще всего используются горизонтальная и экваториальная системы координат. Реже – эклиптическая, галактическая и другие, на основе соответствующих фундаментальных плоскостей.

Основное предназначение небесной сферы и ее плоскостей, линий и точек – определение для всех небесных объектов небесных координат относительно выбранной фундаментальной плоскости, а также описание движения всех небесных тел, включая вращение Земли вокруг своей оси, движение Земли и других планет вокруг Солнца, вращение Луны вокруг Земли, движение звезд на небесной сфере и другие космические процессы.

В астрономии используется очень большой набор понятий и терминов, и многие из них основываются на принципах и определениях, описанных выше. Это надо иметь в виду при более детальном ознакомлении с астрономией.

Глава 2. Открывая тайны звездного неба

2.1. Звездное небо и ориентирование по сторонам света в Северном и Южном полушариях

От расположения звезд на небе зависит вся жизнь на Земле, и древние люди внимательно следили за небесными светилами. А мы, люди XXI века, как часто смотрим на бесконечное небо с миллиардами сверкающих звезд? Знаем ли мы основные созвездия, можем ли мы ориентироваться по звездам ночью и по солнцу днем? Люди умели это с древних времен, и не стоит пользователям интернета забывать о базовых знаниях человечества. Каждый должен уметь ориентироваться по небу и понимать, как и почему движутся небесные светила.