Основные точки и линии Небесной сферы

1. 3енит и горизонт. Отвесная линия, проходящая через глаз наблюдателя, пересекает небесную сферу в точке зенита. Зенит есть наивысшая точка над головой наблюдателя. Плоскость, перпендикулярная к отвесной линии, называется горизонтальной плоскостью.

Математическим горизонтом называется линия пересечения небесной сферы с горизонтальной плоскостью, проходящей через центр небесной сферы. Плоскость горизонта можно определить при помощи уровня. Видимый же горизонт ограничен линией, по которой, как нам кажется, небо «сходится» с Землей.

2. Полюсы и ось мира. Присматриваясь к ночному небу, мы замечаем, что звезды в течение суток описывают тем большие круги, чем дальше от Полярной звезды они находятся. Полярная звезда в течение суток описывает очень небольшой кружок и всегда видна почти на одной и той же высоте над горизонтом, в северной стороне неба. На рисунке 5 показано изменение в течение суток положения Большой Медведицы относительно горизонта и неизменность положения Полярной звезды. Попробуйте сами убедиться в том, что это так.

На рисунке 12 показано суточное вращение небесной сферы. Снимок получен так: фотоаппарат, установленный «на бесконечность», направили на Полярную звезду и хорошо укрепили. Оставив аппарат с открытым затвором в этом положении на один час, проявили снимок. На фотографической пластинке (негативе) обнаружились черные следы звезд (на позитиве - светлые). Все они имеют вид концентрических дуг. В центре их лежит центр вращения небесной сферы.

Рисунок 12 - Фотография полярной области неба, полученная неподвижным аппаратом за один час.

Центр вращения южного полушария неба находится в точке, противоположной центру вращения северного небесного полушария. Но ведь в центре небесной сферы находится наш глаз. Следовательно, небесная сфера вращается как одно целое вокруг некоторой оси, проходящей через наш глаз. Ось суточного вращения небесной сферы называется осью мира.

Точки пересечения небесной сферы с осью мира называются полюсами мира. Полярная звезда расположена вблизи северного полюса мира (на расстоянии около 1°). Южный полюс мира находится в южном полушарии небесной сферы. Вблизи него никакой яркой звезды нет.

3. Небесный экватор. Плоскость, перпендикулярная к оси мира и проходящая через центр небесной сферы, называется плоскостью небесного экватора, а линия пересечения ее с небесной сферой - небесным экватором.

Небесный экватор делит небесную сферу на два полушария - северное и южное. Мы видим, что ось мира, полюсы мира и небесный экватор аналогичны оси, полюсам и экватору Земли. Да это и естественно, так как перечисленные названия связаны с видимым вращением небесной сферы, а оно само есть следствие действительного вращения земного шара.

4. Небесный меридиан и полуденная линия. Плоскостью небесного меридиана называется плоскость, проходящая через точку зенита, центр небесной сферы и полюс мира. Пересекаясь с небесной сферой, эта плоскость образует линию небесного меридиана. Вертикальная плоскость, проходящая через Полярную звезду и через наблюдателя, приблизительно будет плоскостью меридиана. В любом месте Земли плоскость небесного меридиана совпадает с плоскостью географического меридиана этого же места.

Полуденной линией называется линия пересечения плоскостей меридиана и горизонта. Эта линия названа так потому, что в полдень тени от вертикальных предметов падают как раз по этому направлению. Практически полуденную линию можно проводить на Земле или на горизонтальной плоскости, отмечая в полдень направление тени от вертикального стержня.

5. Точки горизонта. Горизонт пересекается с небесным меридианом в точках севера N и юга S, а с небесным экватором - в точках востока Е и запада W. Если мы встанем лицом к полюсу мира (к Полярной звезде), то на горизонте прямо под ним будем иметь точку севера, за спиной - точку юга, справа - точку востока и слева - точку запада. Помня это, мы всегда сможем ориентироваться на местности.

Чтобы яснее представить себе все, что было здесь сказано, изобразим небесную сферу на чертеже (Рисунок 13).

Рисунок 13 - Основные точки и линии небесной сферы.

На этом чертеже С - центр небесной сферы, в котором находится глаз наблюдателя, ZCZ' - отвесная линия, Z - зенит, Z' - надир (противоположная зениту точка небесной сферы),

РР - ось мира, Р - северный полюс мира, Р' - южный полюс мира, EAWQ - небесный экватор, плоскость которого перпендикулярна к оси мира, ESWN - горизонт, S - точка юга, N - точка севера, Е - точка востока и W - точка запада. Легко понять, что над горизонтом видна ровно половина небесной сферы и половина небесного экватора, а также то, что в точках Е и W (отстоящих от точек S и N на 90°) горизонт и экватор, пересекаясь, делят друг друга пополам.

Линия NS есть полуденная линия, а большой круг NPZASP' - небесный меридиан.

Необходимо научиться чертить небесную сферу. Угол между осью мира и плоскостью горизонта на чертеже можно брать каким угодно. Как мы потом увидим, этот угол зависит от местонахождения наблюдателя на земном шаре.

Введенные в этом параграфе определения необходимы для практических применений астрономии.

6. Линии небесной сферы и Земля. Наблюдателю, находящемуся на Земле в какой-либо точке С (Рисунок 14), кажется, что звездное небо вращается вокруг оси, проходящей через него самого и параллельной оси вращения Земли. Ось вращения небесной сферы СР мы назвали осью мира и теперь видим, что она для всякого наблюдателя параллельна оси вращения Земли. Для наблюдателей, находящихся на полюсах Земли, ось вращения Земли и ось мира совпадают.

Ось вращения Земли и параллельная ей ось мира направлены к Полярной звезде, поскольку Полярная звезда находится от нас очень далеко и направления на нее для всех наблюдателей на Земле практически параллельны друг другу.

Плоскость небесного экватора CEAW, перпендикулярная к оси мира, параллельна плоскости земного экватора. Для наблюдателя, находящегося на экваторе Земли, эти плоскости совпадают.

Если считать Землю шаром, то отвесная линия CZ является продолжением радиуса Земли ОС, проведенного из ее центра в точку, где находится наблюдатель. Поэтому плоскость горизонта, проходящая через центр небесной сферы (через точку С), является плоскостью, касательной к земному шару в точке С. Плоскости небесного и географического меридианов совпадают.

Рисунок 14 - Соотношение между линиями и плоскостями небесной сферы и Земли.

Наблюдатель вращается вместе с Землей, а с ним и его небесная сфера. Поэтому горизонт в равное время суток проходит через разные части звездного неба. Разные светила будут и в зените. Небесный экватор скользит в своей плоскости, а ось мира остается параллельной самой себе. Звезды, занимая неизменное положение относительно друг друга и экватора, движутся в плоскостях, параллельных плоскости небесного экватора.