Části nebeské sféry. Nebeská sféra

Nebeská sféra je imaginární sféra o libovolném poloměru používaná v astronomii k popisu vzájemných poloh hvězd na obloze. Pro jednoduchost výpočtů se jeho poloměr bere rovný jedné; střed nebeské sféry je v závislosti na řešeném problému kombinován se zornicí pozorovatele, se středem Země, Měsíce, Slunce nebo obecně s libovolným bodem v prostoru.

Koncept nebeské sféry vznikl v dávných dobách. Vycházel z vizuálního dojmu existence křišťálové kopule oblohy, na které jsou údajně upevněny hvězdy. Nebeská sféra v myslích starověkých národů byla nejdůležitějším prvkem Vesmíru. S rozvojem astronomie tento pohled na nebeskou sféru zmizel. Geometrie nebeské sféry, stanovená ve starověku, však v důsledku vývoje a zdokonalování získala moderní podobu, ve které se pro pohodlí různých výpočtů používá v astrometrii.

Uvažujme nebeskou sféru, jak se pozorovateli jeví ve středních zeměpisných šířkách od povrchu Země (obr. 1).

Dvě přímky, jejichž polohu lze experimentálně zjistit pomocí fyzikálních a astronomických přístrojů, hrají důležitou roli při definování pojmů spojených s nebeskou sférou. První je olovnice; to je přímka, která se v daném bodě shoduje se směrem působení gravitace. Tato čára vedená středem nebeské sféry ji protíná ve dvou diametrálně opačných bodech: horní se nazývá zenit, spodní - nadir. Rovina procházející středem nebeské sféry kolmá k olovnici se nazývá rovina matematického (neboli pravého) horizontu. Průsečík této roviny s nebeskou sférou se nazývá horizont.

Druhá přímka je osa světa - přímka procházející středem nebeské sféry rovnoběžná s osou rotace Země; kolem osy světa je viditelná denní rotace celé nebeské klenby. Průsečíky osy světa s nebeskou sférou se nazývají severní a jižní pól světa. Nejnápadnější z hvězd poblíž severního pólu světa je Polárka. V blízkosti jižního pólu světa nejsou žádné jasné hvězdy.

Rovina procházející středem nebeské sféry kolmo k ose světa se nazývá rovina nebeského rovníku. Průsečík této roviny s nebeskou sférou se nazývá nebeský rovník.

Připomeňme, že kružnice, která vznikne, když se nebeská koule protne s rovinou procházející jejím středem, se v matematice nazývá velká kružnice, a pokud rovina středem neprochází, získá se malá kružnice. Horizont a nebeský rovník jsou velké kruhy nebeské sféry a rozdělují ji na dvě stejné polokoule. Horizont rozděluje nebeskou sféru na viditelnou a neviditelnou polokouli. Nebeský rovník ji rozděluje na severní a jižní polokouli.

S denní rotací nebeské klenby se svítidla otáčejí kolem osy světa a popisují malé kruhy na nebeské sféře, nazývané denní rovnoběžky; svítidla, vzdálená od pólů světa o 90 °, se pohybují po velkém kruhu nebeské sféry - nebeském rovníku.

Po určení olovnice a osy světa není těžké definovat všechny ostatní roviny a kružnice nebeské sféry.

Rovina procházející středem nebeské sféry, ve které leží olovnice i osa světa, se nazývá rovina nebeského poledníku. Velká kružnice z průsečíku této roviny s nebeskou sférou se nazývá nebeský poledník. Bod průsečíku nebeského poledníku s horizontem, který je blíže severnímu pólu světa, se nazývá bod severu; diametrálně opačný - bod jihu. Přímka procházející těmito body je polední čára.

Horizontální body, které jsou 90° od severu a jihu, se nazývají východní a západní body. Tyto čtyři body se nazývají hlavní body horizontu.

Roviny procházející olovnicí protínají nebeskou sféru ve velkých kruzích a nazývají se vertikály. Nebeský poledník je jednou z vertikál. Vertika, kolmá k poledníku a procházející body východu a západu, se nazývá první vertikála.

Podle definice jsou tři hlavní roviny – matematický horizont, nebeský poledník a první vertikála – vzájemně kolmé. Rovina nebeského rovníku je kolmá pouze k rovině nebeského poledníku a svírá s rovinou obzoru dihedrální úhel. Na geografických pólech Země se rovina nebeského rovníku shoduje s rovinou horizontu a na rovníku Země se k ní stává kolmou. V prvním případě se na geografických pólech Země osa světa shoduje s olovnicí a kteroukoli svislici lze považovat za nebeský poledník, v závislosti na podmínkách daného úkolu. V druhém případě na rovníku leží světová osa v rovině obzoru a shoduje se s polední čarou; V tomto případě se severní pól světa shoduje s bodem severu a jižní pól světa - s bodem jihu (viz obr.).

Při použití nebeské sféry, jejíž střed je zarovnán se středem Země nebo nějakým jiným bodem ve vesmíru, vzniká také řada znaků, nicméně princip zavádění základních pojmů - horizont, nebeský poledník, první svislý, nebeský rovník atd. – zůstává stejný.

Hlavní roviny a kružnice nebeské sféry se používají při zavádění horizontálních, rovníkových a ekliptických nebeských souřadnic, jakož i při popisu rysů zdánlivé denní rotace svítidel.

Velká kružnice, která vznikla, když se nebeská sféra protne s rovinou procházející jejím středem a rovnoběžnou s rovinou zemské oběžné dráhy, se nazývá ekliptika. Zjevný roční pohyb Slunce se odehrává podél ekliptiky. Průsečík ekliptiky s nebeským rovníkem, ve kterém Slunce přechází z jižní polokoule nebeské sféry na severní, se nazývá jarní rovnodennost. Opačný bod nebeské sféry se nazývá podzimní rovnodennost. Přímka procházející středem nebeské sféry kolmá k rovině ekliptiky protíná sféru na dvou pólech ekliptiky: severním pólu na severní polokouli a jižním pólu na jižní polokouli.

Nebeská koule je pomyslná kulová plocha libovolného poloměru, v jejímž středu je pozorovatel. Promítají se na ně nebeská tělesa nebeská sféra.

Vzhledem k malé velikosti Země ve srovnání se vzdálenostmi ke hvězdám lze pozorovatele nacházející se na různých místech zemského povrchu považovat za v střed nebeské sféry... Ve skutečnosti žádná hmotná koule obklopující Zemi v přírodě neexistuje. Nebeská tělesa se pohybují v neomezeném světovém prostoru v různých vzdálenostech od Země. Tyto vzdálenosti jsou nepředstavitelně velké, naše vidění je nedokáže odhadnout, proto se člověku zdají všechna nebeská tělesa stejně vzdálená.

Slunce v průběhu roku udělá na pozadí hvězdné oblohy velký kruh. Roční dráha Slunce podél nebeské sféry se nazývá ekliptika. Posouvat se ekliptický... Slunce dvakrát překročí nebeský rovník v bodech rovnodennosti. To se děje 21. března a 23. září.

Bod nebeské sféry, který zůstává během denního pohybu hvězd nehybný, se běžně nazývá severní pól světa. Opačný bod nebeské sféry se nazývá jižní pól světa. Obyvatelé severní polokoule to nevidí, protože je pod obzorem. Olovnice procházející pozorovatelem protíná oblohu nad hlavou v zenitu a v diametrálně opačném bodě, zvaném nadir.

Osa zdánlivé rotace nebeské sféry, spojující oba póly světa a procházející pozorovatelem, se nazývá osa světa. Na obzoru pod severním pólem světa leží Severní bod, bod diametrálně opačný k němu - bod na jih. Východní a Západní body leží na obzoru a jsou 90° od severu a jihu.

Tvoří se rovina procházející středem koule kolmá k ose světa rovina nebeského rovníku rovnoběžná s rovinou zemského rovníku. Rovina nebeského poledníku prochází světovými póly, body severu a jihu, zenitem a nadirem.

Nebeské souřadnice

Nazývá se souřadnicový systém, ve kterém se odečítá z rovníkové roviny rovníkový... Úhlová vzdálenost hvězdy od nebeského rovníku se nazývá, která se pohybuje od -90 ° do + 90 °. Deklinace považován za kladný sever od rovníku a záporný na jih. měřeno úhlem mezi rovinami velkých kruhů, z nichž jeden prochází póly světa a touto hvězdou, druhý - póly světa a jarní rovnodenností, ležící na rovníku.

Horizontální souřadnice

Úhlová vzdálenost je vzdálenost mezi objekty na obloze, měřená úhlem, který svírají paprsky dopadající na objekt z pohledu. Úhlová vzdálenost hvězdy od obzoru se nazývá výška hvězdy nad obzorem. Poloha hvězdy vzhledem ke stranám obzoru se nazývá azimut. Odpočítávání je od jihu ve směru hodinových ručiček. Azimut a výška svítidla nad obzorem se měří teodolitem. V úhlových jednotkách jsou vyjádřeny nejen vzdálenosti mezi nebeskými objekty, ale také velikosti samotných objektů. Úhlová vzdálenost světového pólu od horizontu se rovná zeměpisné šířce oblasti.

Výška svítidel při vyvrcholení

Jevům průchodu světel nebeským poledníkem se říká kulminace. Spodní kulminace se nazývá průchod svítidel severní polovinou nebeského poledníku. Fenomén průchodu svítidlem jižní poloviny nebeského poledníku se nazývá horní kulminace. Okamžik horního vyvrcholení středu Slunce se nazývá pravé poledne a okamžik spodního vyvrcholení se nazývá pravá půlnoc. Časová prodleva mezi vrcholy - půl dne.

Nezapadající svítidla nad horizontem ukazují obě kulminace, vzestupnou i zapadající nižší vyvrcholení se vyskytuje pod horizontem, pod severním bodem. Každá hvězda vrcholí v dané lokalitě je vždy ve stejné výšce nad obzorem, protože jeho úhlová vzdálenost od světového pólu a od nebeského rovníku se nemění. Slunce a měsíc mění výšku o
které oni kulminovat.

Kniha odpovědí z astronomie pro ročník 11 pro lekci číslo 2 (pracovní sešit) - Nebeská sféra

1. Doplňte větu.

Souhvězdí je úsek hvězdné oblohy s charakteristickou pozorovanou skupinou hvězd.

2. Pomocí mapy hvězdné oblohy zadejte do příslušných sloupců tabulky schémata souhvězdí s jasnými hvězdami. V každém souhvězdí vyberte nejjasnější hvězdu a uveďte její jméno.

3. Doplňte větu.

Poloha planet není na hvězdných mapách uvedena, protože mapy jsou určeny k popisu hvězd a souhvězdí.

4. Umístěte následující hvězdy v klesajícím řádu:

1) Betelgeuse; 2) Spica; 3) Aldebaran; 4) Sirius; 5) Arcturus; 6) Capella; 7) Procyon; 8) Vega; 9) Altair; 10) Pollux.

4

5

8

6

7

1

3

9

2

10

5. Doplňte větu.

Hvězdy 1. magnitudy jsou 100krát jasnější než hvězdy 6. magnitudy.

Ekliptika je zdánlivá roční dráha Slunce mezi hvězdami.

6. Co se nazývá nebeská sféra?

Pomyslná koule o libovolném poloměru.

7. Uveďte názvy bodů a čar nebeské sféry, označené čísly 1-14 na obrázku 2.1.

1. Severní pól světa
2. zenit; zenitový bod
3. svislá čára
4. nebeský rovník
5. Západ; Západní bod
6. střed nebeské sféry
7. polední linka
8. jižní; bod na jih
9. panoráma
10. Východní; bod na východ
11. jižní pól světa
12. nadir; toka nadir
13. Severní bod
14. linie nebeského poledníku

8. Pomocí obrázku 2.1 odpovězte na otázky.

Jak je umístěna osa světa vzhledem k zemské ose?

Paralelní.

Jak je umístěna osa světa vzhledem k rovině nebeského poledníku?

Leží v letadle.

V jakých bodech se protíná nebeský rovník s linií horizontu?

Na bodech východu a západu.

V jakých bodech se nebeský poledník protíná s linií horizontu?

V bodech na sever a jih.

9. Jaká pozorování nás přesvědčují o každodenní rotaci nebeské sféry?

Pokud hvězdy pozorujete dlouhou dobu, hvězdy vypadají jako jedna koule.

10. Pomocí pohyblivé hvězdné mapy zapište do tabulky dvě nebo tři souhvězdí viditelná na 55° na severní polokouli.

Řešení 10. úlohy odpovídá realitě událostí roku 2015, ne všichni učitelé však kontrolují řešení úkolu každého žáka na hvězdné mapě z hlediska souladu s realitou

Všechna nebeská tělesa jsou od nás neobvykle velká a velmi odlišná. Nám se však zdají být stejně vzdálené a jako by se nacházely v určité sféře. Při řešení praktických problémů v letecké astronomii je důležité znát nikoli vzdálenost ke hvězdám, ale jejich polohu na nebeské sféře v době pozorování.

Nebeská koule je pomyslná koule o nekonečně velkém poloměru, jejímž středem je pozorovatel. Při zkoumání nebeské sféry je její střed zarovnán s okem pozorovatele. Rozměry Země jsou zanedbávány, takže střed nebeské sféry je často zarovnán také se středem Země. Svítidla jsou aplikována na kouli v takové poloze, ve které jsou v určitém okamžiku na obloze vidět z daného bodu polohy pozorovatele.

Nebeská sféra má řadu charakteristických bodů, čar a kružnic. Na Obr. 1.1 kruh o libovolném poloměru znázorňuje nebeskou kouli, v jejímž středu, označeném bodem O, se nachází pozorovatel. Podívejme se na hlavní prvky nebeské sféry.

Vertikála pozorovatele je přímka procházející středem nebeské sféry a shodující se se směrem olovnice v bodě pozorovatele. Zenit Z - průsečík vertikály pozorovatele s nebeskou sférou, umístěný nad hlavou pozorovatele. Nadir Z "- průsečík vertikály pozorovatele s nebeskou sférou, naproti zenitu.

Skutečný horizont N E S W je velký kruh na nebeské sféře, jehož rovina je kolmá na vertikálu pozorovatele. Pravý horizont rozděluje nebeskou sféru na dvě části: nadhorizontální polokouli, ve které se nachází zenit, a subhorizontální polokouli, ve které se nachází nadir.

Osa světa РР „je přímka, kolem které probíhá viditelná denní rotace nebeské sféry.

Rýže. 1.1. Hlavní body, čáry a kružnice na nebeské sféře

Osa světa je rovnoběžná s osou rotace Země a pro pozorovatele nacházejícího se na jednom z pólů Země se shoduje s osou rotace Země. Zdánlivá denní rotace nebeské sféry je odrazem skutečné denní rotace Země kolem její osy.

Světové póly jsou průsečíky osy světa s nebeskou sférou. Světový pól, který se nachází v souhvězdí Malé medvědice, se nazývá severní pól světa P a opačný pól se nazývá jižní R.

Nebeský rovník je velký kruh na nebeské sféře, jehož rovina je kolmá na osu světa. Rovina nebeského rovníku rozděluje nebeskou sféru na severní polokouli, ve které se nachází severní pól světa, a jižní polokouli, ve které se nachází jižní pól světa.

Nebeský poledník neboli poledník pozorovatele je velký kruh na nebeské sféře procházející póly světa, zenitem a nadirem. Shoduje se s rovinou poledníku pozorovatele a rozděluje nebeskou sféru na východní a západní polokouli.

Body severu a jihu jsou průsečíky nebeského poledníku se skutečným horizontem. Bod nejblíže severnímu pólu světa se nazývá bod severu skutečného horizontu C a bod nejblíže jižnímu pólu světa je bod na jihu Y. Body východu a západu jsou průsečíkem nebeského rovníku se skutečným horizontem.

Polední čára je přímka v rovině skutečného horizontu, která spojuje body sever a jih. Tato čára se nazývá poledne, protože v poledne místního skutečného slunečního času se stín z vertikálního pólu shoduje s touto čárou, tedy se skutečným poledníkem daného bodu.

Jižní a severní body nebeského rovníku jsou průsečíky nebeského poledníku s nebeským rovníkem. Bod nejblíže jižnímu bodu obzoru se nazývá jižní bod nebeského rovníku a bod nejblíže severnímu bodu obzoru se nazývá severní bod.

Vertikála svítidla neboli kruh výšky je velký kruh na nebeské sféře procházející zenitem, nadirem a svítidlem. První vertikála je vertikála procházející body východu a západu.

Deklinační kružnice, neboli hodinová kružnice svítidla, PMR je velký kruh na nebeské sféře procházející póly myoa a svítidla.

Denní rovnoběžka hvězdy je malý kruh na nebeské sféře protažený hvězdou rovnoběžně s rovinou nebeského rovníku. Zdánlivý denní pohyb svítidel nastává podél denních rovnoběžek.

Almukantarát svítidla AMAG je malý kruh na nebeské sféře, protažený skrz svítidlo rovnoběžně s rovinou skutečného horizontu.

Uvažované prvky nebeské sféry jsou široce používány v letecké astronomii.

§ 48. Nebeská sféra. Hlavní body, čáry a kružnice na nebeské sféře

Nebeská koule se nazývá koule libovolného poloměru se středem v libovolném bodě v prostoru. Za jeho střed se v závislosti na formulaci problému bere oko pozorovatele, střed přístroje, střed Země atd.

Uvažujme hlavní body a kružnice nebeské sféry, za jejichž střed je vzato oko pozorovatele (obr. 72). Nakreslete olovnici středem nebeské sféry. Průsečíky olovnice s koulí se nazývají zenit Z a nadir n.

Rýže. 72.

Rovina procházející středem nebeské sféry kolmá na olovnici se nazývá rovina skutečného horizontu. Tato rovina, protínající se s nebeskou sférou, tvoří velký kruh, nazývaný skutečný horizont. Ten rozděluje nebeskou sféru na dvě části: suprahorizontální a subhorizontální.

Přímka procházející středem nebeské sféry rovnoběžná se zemskou osou se nazývá světová osa y. Nazývají se průsečíky osy světa s nebeskou sférou póly světa. Jeden z pólů, odpovídající pólům Země, se nazývá severní pól světa a označuje Pn, druhý - jižní pól světa Ps.

Rovina QQ "procházející středem nebeské sféry kolmo k ose světa se nazývá rovina nebeského rovníku. Tato rovina, protínající se s nebeskou sférou, tvoří obvod velkého kruhu - nebeský rovník, který rozděluje nebeskou sféru na severní a jižní část.

Velký kruh nebeské sféry procházející póly světa, zenitem a nadirem, se nazývá pozorovatelský poledník PN nPsZ. Světová osa rozděluje poledník pozorovatele na polední PN ZPs a půlnoční PN nPs.

Poledník pozorovatele se protíná se skutečným horizontem ve dvou bodech: severní bod N a jižní bod S. Přímka spojující body sever a jih se nazývá polední čára.

Pokud se podíváte ze středu koule k bodu N, pak bude východní bod O st vpravo a západní bod W vlevo. Malé kruhy nebeské sféry aa "rovnoběžné s rovinou skutečného horizontu" se nazývají almucantaras; malé bb "rovnoběžné s rovinou nebeského rovníku, - nebeské paralely.

Kruhy nebeské sféry Zon procházející zenitovým a nadirovým bodem se nazývají vertikály. Vertikale procházející body východu a západu se nazývá první vertikála.

Kruhy nebeské sféry PNoP procházející póly světa se nazývají kruhy deklinace.

Poledník pozorovatele je jak vertikální, tak deklinační kružnice. Ten rozděluje nebeskou sféru na dvě části – východní a západní.

Světový pól umístěný nad obzorem (pod obzorem) se nazývá vyvýšený (snížený) pól světa. Název vyvýšeného pólu světa je vždy stejný jako název zeměpisné šířky místa.

Osa světa s rovinou skutečného horizontu svírá úhel rovný zeměpisnou šířku místa.

Poloha svítidel na nebeské sféře je určena pomocí sférických souřadnicových systémů. V námořní astronomii se používá horizontální a rovníkový souřadnicový systém.