Наклон оси солнца относительно плоскости эклиптики

Эклиптика

Эклиптика — воображаемая линия (большой круг небесной сферы), по которой Солнце в течение года перемещается среди звезд.

Этим термином также характеризуется видимый путь, который Солнце проходит за год через двенадцать созвездий зодиака и созвездию Змееносца. Он совпадает с линией, определяющей плоскость орбиты Земли и других планет вокруг небесного светила.

Название «эклиптика» (греч. εικλειπτική — «затменная» линия) связано с известным с древних времён фактом, что солнечные и лунные затмения происходят только тогда, когда Луна находится вблизи точек пересечения своей орбиты с эклиптикой. Эти точки на небесной сфере носят название лунных узлов, период их обращения по эклиптике, равный примерно 18 годам, называется саросом, или драконическим периодом.

Большинство планет Солнечной системы движется вблизи плоскости эклиптики, в одном направлении с вращением Солнца.

Солнце и планеты находятся почти на одном уровне не случайно. Причина может быть найдена на ранних стадиях формирования Солнечной системы.

Из-за того, что орбита Луны наклонена относительно эклиптики и из-за вращения Земли вокруг барицентра системы Луна — Земля, а также вследствие возмущений орбиты Земли от других планет, истинное Солнце не всегда находится точно на эклиптике, но может отклоняться на несколько секунд дуги. Можно сказать, что по эклиптике проходит путь «среднего Солнца».

Точки координат

В астрономии эклиптика используется в качестве основного круга для системы координат.

Небесная широта измеряется от северного до южного полюсов эклиптики с востока на запад (полюс эклиптики — это точка на небесной сфере, находящаяся на пересечении с перпендикуляром к плоскости).

Эклиптика разрезает небесный экватор на две точки, которые называются равноденствиями или узлами. Посреди маршрута между ними находятся летнее и зимнее солнцестояние.

Небесный экватор или линия равноденствия — это плоскость, перпендикулярная оси вращения Земли, которая проходит через её центр. На картах звёзд небесный экватор — это линия, идущая точно через восток и запад и следующая за ежедневным поворотом звёзд.

Геостационарные спутники находятся именно в этой плоскости.

Слово «экватор» означает «линия равенства». Он называется так потому, что звёзды, находящиеся в этой области, проводят над горизонтом столько же времени, сколько и ниже его. То же происходит с Солнцем два раза в год во время равноденствий.

Плоскость эклиптики служит основной плоскостью в эклиптической системе небесных координат.

Что такое «плоскость эклиптики»

Кроме описания звёздного маршрута годичного движения Солнца, эклиптика часто рассматривается как плоскость. Выражение «плоскость эклиптики» частенько можно услышать при описании положения в пространстве различных космических объектов и их орбит.

Плоскость эклиптики пересекается с плоскостью небесного экватора под углом ε = 23°26′.

Постоянство угла наклона устойчиво в течение миллионов лет. В настоящее время известно, что оно уменьшается в каждом столетии на 48 секунд. Это будет продолжаться на протяжении нескольких тысяч лет, пока не достигнет минимума 22° 54′.

Если вернуться в схеме движения нашей планеты вокруг материнской звезды и линии, которые можно проложить от Земли до Солнца в разные моменты времени, собрать воедино, окажется, что все они лежат в одной плоскости – эклиптике.

Если из центра диска провести перпендикуляр, то в северном полушарии он упрётся в точку на небесной сфере с координатами:

• склонение +66,64°;
• прямое восхождение – 18 ч. 00 мин.

И расположена эта точка недалеко от обеих «медведиц» в созвездии Дракона. Ось вращения Земли, как мы знаем, наклонена к оси эклиптики, благодаря чему на планете есть смена времён года.

Зодиак

Эклиптика проходит через 12 созвездий, которые называют зодиакальными созвездиями. Эти четыре точки обозначаются символами зодиака, соответствующими созвездиям, в которых они находились во времена Гиппарха — в результате постепенного смещения точек весеннего и осеннего равноденствий, то есть точек пересечения небесного экватора с эклиптикой навстречу видимому годичному движению Солнца, эти точки ныне находятся в других созвездиях:

• весеннего равноденствия под знаком Овна;
• осеннего равноденствия — под знаком Весов;
• зимнего солнцестояния — под знаком Козерога;
• летнего солнцестояния – под знаком Рака.

Зодиак – это пояс на небесной сфере вдоль эклиптики, по которому проходят видимые пути Солнца, Луны и планет. При этом Солнце движется практически строго по эклиптике, а остальные светила в своём движении по зодиаку периодически смещаются севернее или южнее эклиптики.

Эклиптика планет Солнечной системы

В астрономии исследователей интересует и то, как движутся другие тела Солнечной системы. Как показывают вычисления и наблюдения, все основные планеты вращаются вокруг светила практически в одной плоскости. Больше всех выбивается из общей стройной картинки ближайшая к звезде планета – Меркурий, угол между его плоскостью вращения с эклиптикой составляет целых 7°.

Углы наклона орбит планет Солнечной системы к плоскости эклиптики

Из планет внешнего кольца наибольший угол наклона имеет орбита Сатурна (около 2,5°), но учитывая его громадное расстояние от Солнца – в десять раз дальше Земли, солнечному гиганту это простительно. А вот орбиты более мелких космических тел: астероидов, карликовых планет и комет отклоняются от плоскости эклиптики гораздо сильнее.

Так, например, карликовая планета, двойник Плутона, Эрида имеет чрезвычайно вытянутую орбиту. Приближаясь к Солнцу на минимальное расстояние, она подлетает к светилу ближе Плутона, на 39 а. е.

(а. е. – астрономическая единица, равная расстоянию от Земли до Солнца – 150 миллионов километров),

чтобы потом вновь удалиться в пояс Койпера. Максимальное её удаление почти 100 а. е. Так вот её плоскость вращения наклонена к эклиптике почти на 45°.

Эклиптика в небе

Необходимо разобраться, каким образом можно приблизительно проследить за эклиптикой.

Для начала необходимо понимать, что это путь, по которому Солнце, Луна и планеты проходят по небу, если смотреть с Земли. Эта воображаемая линия лучше всего может быть визуализирована в дни перед полнолунием, особенно когда на небе есть яркие звёзды.

Нужно выйти на открытое пространство сразу после заката. Небо должно быть чистым, чтобы четко определить линию эклиптики в следующей последовательности:

1. На западе, прямо над заходящим Солнцем, будет видна блестящая планета Венера.
2. Луна находится низко на востоке, чуть выше горизонта.
3. Ещё выше можно увидеть Марс, который даст третью точку.
4. Примерно через 2 часа поднимется Сатурн на востоке, определив ещё одну точку.

Если провести воображаемую линию, соединяющую эти планеты, она и будет эклиптикой.

Нужно обратить внимание, что Луна и планеты не располагаются точно на линии эклиптики. Хоть их орбиты находятся почти в одной плоскости с Землёй, они все немного разбросаны. Это несоответствие объясняет, почему не бывает затмения каждый месяц.

Эклиптика в литературе

У Станислава Лема в «Рассказе Пиркса» (из цикла «Рассказы о пилоте Пирксе») плоскость эклиптики является запрещённой для космических кораблей зоной, но пилоту Пирксу в силу ряда обстоятельств приходится в ней лететь. Именно поэтому ему удаётся увидеть давно погибший инопланетный корабль, принесённый в плоскость эклиптики внесистемным метеоритным роем.

Видео

Источник

Видимое годовое движение солнца на небесной сфере

Истинное движение Земли — Видимое годовое движение Солнца на небесной сфере — Небесный экватор и плоскость эклиптики — Экваториальные координаты Солнца в течение года

Истинное движение Земли

Чтобы понять принцип видимого движения Солнца и других светил на небесной сфере, рассмотрим сперва истинное движение Земли. Земля является одной из планет солнечной системы. Она непрерывно вращается вокруг своей оси.

Период вращения ее равен одним суткам, поэтому наблюдателю, находящемуся на Земле, кажется, что все небесные светила обращаются вокруг Земли с востока на запад с тем же периодом.

Наклон оси вращения Земли к плоскости орбиты

Но Земля не только вращается вокруг своей оси, но и обращается также вокруг Солнца по эллиптической орбите. Полный оборот вокруг Солнца она совершает за один год. Ось вращения Земли наклонена к плоскости орбиты под углом 66°33′. Положение оси в пространстве при движении Земли вокруг Солнца все время остается почти неизменным. Поэтому Северное и Южное полушария попеременно бывают обращены в сторону Солнца, в результате чего на Земле происходит смена времен года.

При наблюдении неба можно заметить, что звезды на протяжении многих лет неизменно сохраняют свое вза­имное расположение.

Звезды “неподвижны” лишь потому, что находятся очень далеко от нас. Расстояние до них так велико, что с любой точки земной орбиты они видны одинаково.

А вот тела же солнечной системы — Солнце, Луна и планеты, которые нахо­дятся сравнительно недалеко от Земли, и смену их положений мы можем легко заметить. Таким образом, Солнце наравне со всеми светила­ми участвует в суточном движении и одновременно имеет собст­венное видимое движение (оно называется годовым движением), обусловленное движением Земли вокруг Солнца.

Представьте себе картину — Луна взяла и исчезла с орбиты Земли. Чем нам может грозить такой поворот событий? Подробнее об этом

Видимое годовое движение Солнца на небесной сфере

Наиболее просто годовое движение Солнца можно объяснить по рисунку приведенному ниже. Из этого ри­сунка видно, что в зависимости от положения Земли на орбите наблюдатель с Земли будет видеть Солнце на фоне разных со­звездий. Ему будет казаться, что оно все время перемещается по небесной сфере. Это движение является отражением обращения Земли вокруг Солнца. За год Солнце сделает полный оборот.

Что представляет собой эклиптика

Большой круг на небесной сфере, по которому происходит ви­димое годовое движение Солнца, называется эклиптикой. Эклиптика — слово греческое и в переводе означает затмение. Этот круг назвали так потому, что затмения Солнца и Луны про­исходят только тогда, когда оба светила находятся на этом круге.

Следует отметить, что плоскость эклиптики совпадает с плос­костью орбиты Земли.

Видимое годовое движение Солнца по эк­липтике происходит в том же направлении, в котором Земля движется по орбите вокруг Солнца, т. е. оно перемещается к востоку. В течение года Солнце последовательно проходит по эк­липтике 12 созвездий, которые образуют пояс Зодиака и называются зодиакальными.

Пояс Зодиака образуют следующие созвездия: Рыбы, Овен, Телец, Близнецы, Рак, Лев, Дева, Весы, Скорпион, Стрелец, Ко­зерог и Водолей. Вследствие того, что плоскость земного экватора наклоне­на к плоскости орбиты Земли на 23°27 ‘ , плоскость небесного эк­ватора также наклонена к плоскости эклиптики на угол е=23°27′.

Наклон эклиптики к экватору не сохраняется постоян­ным (вследствие воздействия на Землю сил притяжения Солнца и Луны), поэтому в 1896 г. при утверждении астрономических постоянных ре­шено было наклон эклиптики к экватору считать усредненно равным 23°27’8″,26.

Небесный экватор и плоскость эклиптики

Эклиптика пересекается с небесным экватором в двух точках, которые называются точками весеннего и осеннего равноденствий. Точку весеннего равноденствия принято обозначать знаком созвездия Овен Т, а точку осеннего равноденствия — знаком созвездия Весов —. Солнце в этих точках соответственно бывает 21 марта и 23 сентября. В эти дни на Земле день равен ночи, Солнце точно восходит в точке восто­ка и заходит в точке запада.

Точки весеннего и осеннего равноденствия – места пересечения экватора и плоскости эклиптики

Точки эклиптики, отстоящие от точек равноденствий на 90°, называются точками солнцестояний. Точка Е на эклип­тике, в которой Солнце занимает самое высокое положение отно­сительно небесного экватора, называется точкой летнего солнцестояния, а точка Е’, в которой оно занимает самое низкое поло­жение, называется точкой зимнего солнцестояния.

В точке летне­го солнцестояния Солнце бывает 22 июня, а в точке зимнего солнцестояния — 22 декабря. В течение нескольких дней, близ­ких к датам солнцестояний, полуденная высота Солнца остается почти неизменной, в связи с чем эти точки и получили такое на­звание. Когда Солнце находится в точке летнего солнцестояния день в Северном полушарии самый длинный, а ночь самая корот­кая, а когда оно находится в точке зимнего солнцестояния — на­оборот.

В день летнего солнцестояния точки восхода и захода Солнца максимально удалены к северу от точек востока и запада на го­ризонте, а в день зимнего солнцестояния они имеют наибольшее удаление к югу.

Движение Солнца по эклиптике приводит к непрерывному из­менению его экваториальных координат, ежедневному изменению полуденной высоты и перемещению по горизонту точек восхода и захода.

Известно, что склонение Солнца отсчитывается от плоскости небесного экватора, а прямое восхождение — от точки весеннего равноденствия. Поэтому когда Солнце находится в точке весен­него равноденствия, его склонение и прямое восхождение равны нулю. В течение года склонение Солнца в настоящий период из­меняется от +23°26′ до —23°26′, переходя два раза в год через нуль, а прямое восхождение от 0 до 360°.

Солнце имеет форму шара или сплюснуто у полюсов? Давайте разберемся! Подробнее об этом

Экваториальные координаты Солнца в течение года

Экваториальные координаты Солнца в течение года изменя­ются неравномерно. Происходит это вследствие неравномерности движения Солнца по эклиптике и движения Солнца по эклиптике и наклона эклиптики к экватору. Половину своего видимого годо­вого пути Солнце проходит за 186 суток с 21 марта по 23 сентяб­ря, а вторую половину за 179 суток с 23 сентября по 21 марта.

Неравномерность движения Сол­нца по эклиптике связана с тем, что Земля на протяжении всего периода обращения вокруг Солнца движется по орбите не с оди­наковой скоростью. Солнце находится в одном из фокусов эллип­тической орбиты Земли.

движение Земли по орбите

Из второго закона Кеплера известно, что линия, соединяющая Солнце и планету, за равные промежутки времени описывает равные площади. Согласно этому закону Земля, находясь ближе всего к Солнцу, т. е. в перигелии, движется быстрее, а находясь дальше всего от Солнца, т. е. в афелии — медленнее.

Ближе к Солнцу Земля бывает зимой, а летом — дальше. Поэтому в зим­ние дни она движется по орбите быстрее, чем в летние. Вследст­вие этого суточное изменение прямого восхождения Солнца в день зимнего солнцестояния равно 1°07′, тогда как в день летнего солнцестояния оно равно только 1°02′.

Различие скоростей движения Земли в каждой точке орбиты вызывает неравномерность изменения не только прямого восхож­дения, но и склонения Солнца. Однако за счет наклона эк­липтики к экватору его изменение имеет другой характер. Наиболее быстро склонение Солнца изменяется вблизи точек равноденствия, а у точек солнцестояния оно почти не из­меняется.

Знание характера изменения экваториальных координат Солн­ца позволяет производить приближенный расчет прямого восхож­дения и склонения Солнца.

Для выполнения такого расчета бе­рут ближайшую дату с известными экваториальными координа­тами Солнца. Затем учитывают, что прямое восхождение Солнца за сутки изменяется в среднем на 1°, а склонение Солнца в тече­ние месяца до и после прохождения точек равноденствия изме­няется на 0,4° в сутки; в течение месяца перед солнцестояниями и после них — на 0,1° в сутки, а в течение промежуточных меся­цев между указанными — на 0,3°.

Источник