Părți ale sferei cerești. Sfera celestiala

Sfera cerească este o sferă imaginară de rază arbitrară folosită în astronomie pentru a descrie pozițiile relative ale stelelor pe cer. Pentru simplitatea calculelor, raza sa este luată egală cu unitatea; centrul sferei cerești, în funcție de problema care se rezolvă, se combină cu pupila observatorului, cu centrul Pământului, Lunii, Soarelui sau, în general, cu un punct arbitrar din spațiu.

Conceptul de sferă cerească a apărut în vremuri străvechi. S-a bazat pe impresia vizuală a existenței unei cupole de cristal a cerului, pe care stelele păreau să fie fixate. Sfera cerească în viziunea popoarelor antice era cel mai important element al universului. Odată cu dezvoltarea astronomiei, o astfel de vedere a sferei cerești a dispărut. Cu toate acestea, geometria sferei cerești, stabilită în antichitate, ca urmare a dezvoltării și îmbunătățirii, a primit o formă modernă, în care, pentru comoditatea diferitelor calcule, este folosită în astrometrie.

Să luăm în considerare sfera cerească așa cum apare observatorului la latitudini medii față de suprafața Pământului (Fig. 1).

Două linii drepte, a căror poziţie poate fi stabilită experimental cu ajutorul instrumentelor fizice şi astronomice, joacă un rol important în definirea conceptelor legate de sfera cerească. Primul dintre ele este un fir cu plumb; este o linie dreaptă care coincide într-un punct dat cu direcția gravitației. Această linie, trasată prin centrul sferei cerești, o traversează în două puncte diametral opuse: cel de sus se numește zenit, cel de jos se numește nadir. Planul care trece prin centrul sferei cerești perpendicular pe plumb se numește planul orizontului matematic (sau adevărat). Linia de intersecție a acestui plan cu sfera cerească se numește orizont.

A doua linie dreaptă este axa lumii - o linie dreaptă care trece prin centrul sferei cerești paralelă cu axa de rotație a Pământului; în jurul axei lumii există o rotație zilnică vizibilă a întregului cer. Punctele de intersecție ale axei lumii cu sfera cerească se numesc Polul Nord și Sud al lumii. Cea mai vizibilă dintre stele din apropierea Polului Nord al lumii este Steaua Polară. Nu există stele strălucitoare în apropierea Polului Sud al lumii.

Planul care trece prin centrul sferei cerești perpendicular pe axa lumii se numește planul ecuatorului ceresc. Linia de intersecție a acestui plan cu sfera cerească se numește ecuator ceresc.

Amintiți-vă că cercul, care se obține prin încrucișarea sferei cerești cu un plan care trece prin centrul ei, se numește în matematică cerc mare, iar dacă planul nu trece prin centru, atunci se obține un cerc mic. Orizontul și ecuatorul ceresc sunt cercuri mari ale sferei cerești și o împart în două emisfere egale. Orizontul împarte sfera cerească în emisfere vizibile și invizibile. Ecuatorul ceresc îl împarte în emisfera nordică și respectiv sudică.

Odată cu rotația zilnică a firmamentului, luminarii se rotesc în jurul axei lumii, descriind cercuri mici pe sfera cerească, numite paralele zilnice; luminarii, îndepărtați la 90 ° de polii lumii, se deplasează de-a lungul cercului cel mare al sferei cerești - ecuatorul ceresc.

După ce am definit linia de plumb și axa lumii, nu este dificil să definim toate celelalte planuri și cercuri ale sferei cerești.

Planul care trece prin centrul sferei cerești, în care se află simultan atât plumbul, cât și axa lumii, se numește planul meridianului ceresc. Cercul cel mare de la intersecția acestui plan al sferei cerești se numește meridianul ceresc. Cel al punctelor de intersecție a meridianului ceresc cu orizontul, care este mai aproape de Polul Nord al lumii, se numește punctul de nord; diametral opus - punctul de sud. Linia care trece prin aceste puncte este linia la amiază.

Punctele de pe orizont care se află la 90° de la nord și sud se numesc est și vest. Aceste patru puncte sunt numite punctele principale ale orizontului.

Avioanele care trec printr-un plumb traversează sfera cerească în cercuri mari și se numesc verticale. Meridianul ceresc este una dintre verticale. Verticala perpendiculară pe meridian și care trece prin punctele de est și vest se numește prima verticală.

Prin definiție, cele trei planuri principale - orizontul matematic, meridianul ceresc și prima verticală - sunt reciproc perpendiculare. Planul ecuatorului ceresc este perpendicular doar pe planul meridianului ceresc, formând un unghi diedru cu planul orizontului. La polii geografici ai Pământului, planul ecuatorului ceresc coincide cu planul orizontului, iar la ecuatorul Pământului devine perpendicular pe acesta. În primul caz, la polii geografici ai Pământului, axa lumii coincide cu un fir de plumb, iar oricare dintre verticale poate fi luată drept meridian ceresc, în funcție de condițiile sarcinii în cauză. În al doilea caz, la ecuator, axa lumii se află în planul orizontului și coincide cu linia de la amiază; În acest caz, polul nord al lumii coincide cu punctul nordic, iar polul sud al lumii coincide cu punctul sud (vezi fig.).

Când se folosește sfera cerească, al cărei centru este aliniat cu centrul Pământului sau cu un alt punct din spațiu, apar și o serie de caracteristici, dar principiul introducerii conceptelor de bază - orizontul, meridianul ceresc, primul verticală, ecuatorul ceresc etc. - rămâne la fel.

Planurile și cercurile principale ale sferei cerești sunt utilizate în introducerea coordonatelor cerești orizontale, ecuatoriale și ecliptice, precum și în descrierea caracteristicilor rotației zilnice vizibile a stelelor.

Cercul cel mare format prin intersecția sferei cerești cu un plan care trece prin centrul său și paralel cu planul orbitei pământului se numește ecliptică. Mișcarea anuală aparentă a Soarelui are loc de-a lungul eclipticii. Punctul de intersecție a eclipticii cu ecuatorul ceresc, la care Soarele trece din emisfera sudica a sferei cerești în cea nordică, se numește echinocțiul de primăvară. Punctul opus al sferei cerești se numește echinocțiul de toamnă. O linie dreaptă care trece prin centrul sferei cerești perpendiculară pe planul eclipticii intersectează sfera la doi poli ecliptici: Polul Nord în emisfera nordică și polul sud în emisfera sudică.

Sfera cerească este o suprafață sferică imaginară de rază arbitrară, în centrul căreia se află observatorul. Corpurile cerești sunt proiectate asupra lor sfera celestiala.

Datorită dimensiunii reduse a Pământului, în comparație cu distanțele până la stele, observatorii aflați în diferite locuri de pe suprafața pământului pot fi considerați ca fiind în centrul sferei cereşti. De fapt, în natură nu există nicio sferă materială care înconjoară Pământul. Corpurile cerești se mișcă în spațiul nemărginit al lumii la diferite distanțe de Pământ. Aceste distanțe sunt inimaginabil de mari, vederea noastră nu este capabilă să le evalueze, prin urmare, pentru o persoană, toate corpurile cerești par a fi la fel de îndepărtate.

În timpul anului, Soarele descrie un cerc mare pe fundalul cerului înstelat. Calea anuală a Soarelui în sfera cerească se numește ecliptică. Trecând peste ecliptic. Soarele traversează ecuatorul ceresc de două ori la echinocții. Acest lucru se întâmplă pe 21 martie și 23 septembrie.

Punctul sferei cerești, care rămâne nemișcat în timpul mișcării zilnice a stelelor, este numit în mod convențional polul nord ceresc. Punctul opus al sferei cerești se numește polul ceresc sudic. Locuitorii din emisfera nordică nu o văd, pentru că se află sub orizont. Un plumb care trece prin observator traversează cerul deasupra capului la zenit și în punctul diametral opus, numit nadir.

Axa de rotație vizibilă a sferei cerești, care leagă ambii poli ai lumii și care trece prin observator, se numește axa lumii. La orizontul de sub polul nord al lumii se află punctul nordic, punctul său diametral opus - punctul de sud. Punctele de Est și Vest se află pe linia orizontului și se află la 90° față de punctele nord și sud.

Se formează planul care trece prin centrul sferei perpendicular pe axa lumii planul ecuatorului ceresc paralel cu planul ecuatorului Pământului. Planul meridianului ceresc trece prin polii lumii, puncte de nord și sud, zenit și nadir.

Coordonatele cerești

Se numește sistemul de coordonate în care se face referința din planul ecuatorului ecuatorial. Distanța unghiulară a stelei față de ecuatorul ceresc se numește , care variază de la -90 ° la + 90 °. declinaţie considerat pozitiv la nord de ecuator și negativ la sud. se măsoară prin unghiul dintre planurile cercurilor mari, dintre care unul trece prin polii lumii și lumina dată, al doilea prin polii lumii și punctul echinocțiului de primăvară situat pe ecuator.

Coordonate orizontale

Distanța unghiulară este distanța dintre obiectele de pe cer, măsurată prin unghiul care este format de razele care merg către obiect din punctul de observație. Distanța unghiulară a stelei de la orizont se numește înălțimea stelei deasupra orizontului. Poziția soarelui față de părțile laterale ale orizontului se numește azimut. Numărătoarea inversă este dinspre sud în sensul acelor de ceasornic. Azimut iar înălțimea stelei deasupra orizontului se măsoară cu un teodolit. În unitățile unghiulare, nu sunt exprimate doar distanțele dintre obiectele cerești, ci și dimensiunile obiectelor în sine. Distanța unghiulară a polului ceresc față de orizont este egală cu latitudinea geografică a zonei.

Înălțimea luminilor la punctul culminant

Fenomenele trecerii luminilor prin meridianul ceresc se numesc climax. Punctul culminant inferior este trecerea luminilor prin jumătatea nordică a meridianului ceresc. Fenomenul de trecere a luminii din jumătatea de sud a meridianului ceresc se numește climax superior. Momentul culminării superioare a centrului Soarelui se numește adevăratul prânz, iar momentul punctului culminant inferior este numit adevărat miezul nopții. Intervalul de timp dintre puncte culminante - jumătate de zi.

Pentru corpurile de iluminat care nu se fixează, ambele puncte culminante sunt vizibile deasupra orizontului, pentru ascendent și așezare punctul culminant inferior apare sub orizont, sub punctul nordic. Fiecare stea culmineazăîntr-o zonă dată este întotdeauna la aceeași înălțime deasupra orizontului, deoarece distanța sa unghiulară de la polul ceresc și de la ecuatorul ceresc nu se modifică. Soarele și luna își schimbă înălțimea
pe care ei culmina.

Reshebnik la astronomie clasa a 11-a pentru lecția numărul 2 (caiet de lucru) - Sferă cerească

1. Completează propoziţia.

O constelație este o secțiune a cerului înstelat cu un grup caracteristic observabil de stele.

2. Folosind o diagramă stelară, introduceți diagramele constelațiilor cu stele strălucitoare în coloanele corespunzătoare ale tabelului. În fiecare constelație, evidențiază cea mai strălucitoare stea și scrie-i numele.

3. Completează propoziţia.

Hărțile stelare nu indică poziția planetelor, deoarece hărțile sunt concepute pentru a descrie stelele și constelațiile.

4. Aranjați următoarele stele în ordinea descrescătoare a luminozității lor:

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

4

5

8

6

7

1

3

9

2

10

5. Completează propoziţia.

Stelele de magnitudinea 1 sunt de 100 de ori mai strălucitoare decât stelele de magnitudinea 6.

Ecliptica este calea anuală aparentă a Soarelui printre stele.

6. Ce se numește sfera cerească?

O sferă imaginară de rază arbitrară.

7. Indicați denumirile punctelor și liniilor sferei cerești, indicate prin numerele 1-14 din figura 2.1.

1. Polul Nord al lumii
2. zenit; punctul zenit
3. linie verticala
4. ecuatorul ceresc
5. vest; punct vestic
6. centrul sferei cereşti
7. linia de amiază
8. sud; punctul de sud
9. orizont
10. Est; punct de est
11. polul sudic al lumii
12. nadir; curent de nadir
13. punctul nordic
14. linia meridianului ceresc

8. Folosind figura 2.1, răspundeți la întrebări.

Unde este axa lumii în raport cu axa Pământului?

Paralel.

Cum este situată axa lumii în raport cu planul meridianului ceresc?

Se află în avion.

Unde se întâlnește ecuatorul ceresc cu orizontul?

În punctele de est și vest.

Unde se intersectează meridianul ceresc cu orizontul?

În puncte de nord și de sud.

9. Ce observații ne convinge de rotația zilnică a sferei cerești?

Dacă observați stelele mult timp, stelele vor apărea ca o singură sferă.

10. Folosind o hartă stelară în mișcare, introduceți în tabel două sau trei constelații vizibile la 55° latitudine în emisfera nordică.

Soluția celei de-a 10-a sarcini corespunde realității evenimentelor din 2015, totuși, nu toți profesorii verifică soluția sarcinii fiecărui elev pe harta stelară pentru conformitatea cu realitatea

Toate corpurile cerești se află la distanțe neobișnuit de mari și foarte diferite de noi. Dar nouă ni se par a fi la fel de îndepărtate și parcă situate pe o anumită sferă. Atunci când rezolvăm probleme practice din astronomia aviației, este important să cunoaștem nu distanța până la lumini, ci poziția acestora pe sfera cerească în momentul observării.

Sfera cerească este o sferă imaginară cu o rază infinit de mare, al cărei centru este observatorul. Când luăm în considerare sfera cerească, centrul acesteia este combinat cu ochiul observatorului. Dimensiunile Pământului sunt neglijate, astfel încât centrul sferei cerești este adesea combinat și cu centrul Pământului. Luminile sunt aplicate sferei într-o astfel de poziție în care sunt vizibile pe cer la un moment dat din timp dintr-un punct dat al locației observatorului.

Sfera cerească are un număr de puncte, linii și cercuri caracteristice. Pe fig. 1.1, un cerc de rază arbitrară înfățișează o sferă cerească, în centrul căreia, indicat de punctul O, se află observatorul. Luați în considerare principalele elemente ale sferei cerești.

Verticala observatorului este o linie dreaptă care trece prin centrul sferei cerești și coincide cu direcția plumbului în punctul observatorului. Zenith Z - punctul de intersecție al verticalei observatorului cu sfera cerească, situat deasupra capului observatorului. Nadir Z" - punctul de intersecție al verticalei observatorului cu sfera cerească, opus zenitului.

Orizontul adevărat N E SW W este un cerc mare pe sfera cerească, al cărui plan este perpendicular pe verticala observatorului. Orizontul adevărat împarte sfera cerească în două părți: emisfera deasupra orizontului, în care se află zenitul, și emisfera suborizontului, în care se află nadirul.

Axa lumii PP” este o linie dreaptă în jurul căreia are loc rotația zilnică vizibilă a sferei cerești.

Orez. 1.1. Puncte de bază, linii și cercuri pe sfera cerească

Axa lumii este paralelă cu axa de rotație a Pământului, iar pentru un observator situat la unul dintre polii Pământului, coincide cu axa de rotație a Pământului. Rotația zilnică aparentă a sferei cerești este o reflectare a rotației zilnice reale a Pământului în jurul axei sale.

Polii lumii sunt punctele de intersecție ale axei lumii cu sfera cerească. Polul ceresc, situat în constelația Ursa Mică, se numește polul ceresc nord R, iar polul opus se numește R sud.

Ecuatorul ceresc este un cerc mare pe sfera cerească, al cărui plan este perpendicular pe axa lumii. Planul ecuatorului ceresc împarte sfera cerească în emisfera nordică, în care se află polul nord al lumii, și emisfera sudică, în care se află polul sud al lumii.

Meridianul ceresc, sau meridianul observatorului, este un cerc mare pe sfera cerească, care trece prin polii lumii, zenit și nadir. Coincide cu planul meridianului pământului al observatorului și împarte sfera cerească în emisfera estică și vestică.

Punctele nord și sud sunt punctele de intersecție ale meridianului ceresc cu orizontul adevărat. Punctul cel mai apropiat de Polul Nord al lumii se numește punctul de nord al orizontului adevărat C, iar punctul cel mai apropiat de Polul Sud al lumii se numește punctul de sud Yu. Punctele de est și vest sunt punctele de intersecție. a ecuatorului ceresc cu orizontul adevărat.

Linia de la mijlocul zilei - o linie dreaptă în planul orizontului adevărat, care leagă punctele din nord și sud. Această linie se numește amiază deoarece la amiază, ora solară reală locală, umbra de la polul vertical coincide cu această linie, adică cu adevăratul meridian al acestui punct.

Punctele sudice și nordice ale ecuatorului ceresc sunt punctele de intersecție ale meridianului ceresc cu ecuatorul ceresc. Punctul cel mai apropiat de punctul sudic al orizontului se numește punctul sudic al ecuatorului ceresc, iar punctul cel mai apropiat de punctul nordic al orizontului se numește punctul nordic.

Verticala luminii, sau cercul de înălțime, este un cerc mare pe sfera cerească, care trece prin zenit, nadir și luminare. Prima verticală este verticala care trece prin punctele de est și vest.

Cercul de declinație, sau cercul orar al luminii, PMP este un cerc mare pe sfera cerească, care trece prin polii mioei și ai luminii.

Paralela zilnică a luminii este un mic cerc pe sfera cerească, trasat prin luminare paralel cu planul ecuatorului ceresc. Mișcarea zilnică vizibilă a luminilor are loc de-a lungul paralelelor zilnice.

Almukantarat al luminatorului AMAG - un cerc mic pe sfera cerească, trasat prin luminare paralel cu planul orizontului adevărat.

Elementele considerate ale sferei cerești sunt utilizate pe scară largă în astronomia aviației.

§ 48. Sferă cerească. Puncte de bază, linii și cercuri pe sfera cerească

O sferă cerească este o sferă de orice rază centrată într-un punct arbitrar din spațiu. Pentru centrul său, în funcție de enunțul problemei, luați ochiul observatorului, centrul instrumentului, centrul Pământului etc.

Luați în considerare punctele și cercurile principale ale sferei cerești, pentru centrul cărora este luat ochiul observatorului (Fig. 72). Desenați o linie de plumb prin centrul sferei cerești. Punctele de intersecție ale plumbului cu sfera se numesc zenit Z și nadir n.

Orez. 72.

Se numește planul care trece prin centrul sferei cerești perpendicular pe plumb planul orizontului adevărat. Acest plan, intersectându-se cu sfera cerească, formează un cerc al unui cerc mare, numit orizont adevărat. Acesta din urmă împarte sfera cerească în două părți: deasupra orizontului și suborizont.

O linie dreaptă care trece prin centrul sferei cerești paralelă cu axa pământului se numește axa lumii. Se numesc punctele de intersecție a axei lumii cu sfera cerească polii lumii. Unul dintre poli, corespunzător polilor Pământului, se numește polul ceresc nord și este desemnat Pn, celălalt se numește polul ceresc sud Ps.

Planul QQ" care trece prin centrul sferei cerești perpendicular pe axa lumii se numește planul ecuatorului ceresc. Acest plan, care se intersectează cu sfera cerească, formează un cerc al unui cerc mare - ecuatorul ceresc, care împarte sfera cerească în părţi de nord şi de sud.

Cercul cel mare al sferei cerești care trece prin polii lumii, zenit și nadir, se numește meridianul observatorului PN nPsZ. Axa lumii împarte meridianul observatorului în părți PN ZP la amiază și PN nP la miezul nopții.

Meridianul observatorului se intersectează cu orizontul adevărat în două puncte: punctul nord N și punctul sud S. Linia dreaptă care leagă punctele nord și sud se numește linia de amiază.

Dacă priviți din centrul sferei până la punctul N, atunci punctul de est O st va fi în dreapta, iar punctul de vest W va fi în stânga. Cercuri mici ale sferei cerești aa „paralele cu planul se numesc orizontul adevărat almucantarate; mic bb" paralel cu planul ecuatorului ceresc, - paralele cereşti.

Se numesc cercurile sferei cerești Zon care trec prin punctele zenit și nadir verticale. Verticala care trece prin punctele est și vest se numește prima verticală.

Cercurile sferei cerești PNoP care trec prin polii cerești sunt numite cercuri de declinație.

Meridianul observatorului este atât o verticală, cât și un cerc de declinație. Împarte sfera cerească în două părți - est și vest.

Polul lumii, situat deasupra orizontului (sub orizont), se numește polul ridicat (coborât) al lumii. Numele polului înălțat al lumii este întotdeauna cu același nume cu numele latitudinii locului.

Axa lumii cu planul orizontului adevărat face un unghi egal cu latitudinea geografică a locului.

Poziția luminilor pe sfera cerească este determinată cu ajutorul sistemelor de coordonate sferice. În astronomia nautică se folosesc sisteme de coordonate orizontale și ecuatoriale.