Созвездия звездное небо небесные координаты

II. Практические основы астрономии

3. Созвездия. Звездные карты. Небесные координаты

1. Созвездия

Знакомиться со звездным небом надо в безоблачную ночь, когда свет Луны не мешает наблюдать слабые звезды. Прекрасна картина ночного неба с рассыпанными по нему мерцающими звездами. Число их кажется бесконечным. Но так только кажется, пока вы не приглядитесь и не научитесь находить на небе знакомые группы звезд, неизменных по своему взаимному расположению. Эти группы, названные созвездия-м и, люди выделили тысячи лет назад. Под созвездием понимают область неба в пределах некоторых установленных границ. Все небо разделено на 88 созвездий, которые можно находить по характерному для них расположению звезд.

Многие созвездия сохраняют свое название с глубокой древности. Некоторые названия связаны с греческой мифологией, например Андромеда, Персей, Пегас, некоторые — с предметами, которые напоминают фигуры, образуемые яркими звездами созвездий: Стрела, Треугольник, Весы и др. Есть созвездия, названные именами животных, например Лев, Рак, Скорпион.

Созвездия на небосводе находят, мысленно соединяя их ярчайшие звезды прямыми линиями в некоторую фигуру, как показано на звездных картах (см. звездную карту в приложении VII, а также рис. 6, 7, 10). В каждом созвездии яркие звезды издавна обозначали греческими буквами * , чаще всего самую яркую звезду созвездия — буквой α, затем буквами β, γ и т. д. в порядке алфавита по мере убывания яркости; например, Полярная звезда есть а созвездия Малой Медведицы.

* ( Греческий алфавит дан в приложении II. )

На рисунках 6 и 7 показаны расположение главных звезд Большой Медведицы и фигура этого созвездия, как его изображали на старинных звездных картах (способ нахождения Полярной звезды знаком вам из курса географии).

Рис. 6. Фигура созвездия Большой Медведицы (со старинной звездной карты), его современные границы указаны пунктиром

Рис. 7. Созвездия Большой и Малой Медведицы и изменение их положения относительно горизонта при суточном вращении неба

Невооруженным глазом в безлунную ночь можно видеть над горизонтом около 3000 звезд. В настоящее время астрономы определили точное местоположение нескольких миллионов звезд, измерили приходящие от них потоки энергии и составили списки-каталоги этих звезд.

2. Видимая яркость и цвет звезд

Днем небо кажется голубым оттого, что неоднородности воздушной среды сильнее всего рассеивают голубые лучи солнечного света.

Вне пределов земной атмосферы небо всегда черное, и на нем можно наблюдать звезды и Солнце одновременно.

Звезды имеют разную яркость и цвет: белый, желтый, красноватый. Чем краснее звезда, тем она холоднее. Наше Солнце относится к желтым звездам.

Ярким звездам древние арабы дали собственные имена. Белые звезды: Вега в созвездии Лиры, Альтаир в созвездии Орла (видны летом и осенью), Сириус — ярчайшая звезда неба (видна зимой); красные звезды: Бетельгейзе в созвездии Ориона и Альдебаран в созвездии Тельца (видны зимой), Антарес в созвездии Скорпиона (виден летом); желтая Капелла в созвездии Возничего (видна зимой) * .

* ( Названия ярких звезд даны в приложении IV. )

Самые яркие звезды еще в древности назвали звездами 1-й величины, а самые слабые, видимые на пределе зрения,- звездами 6-й величины. Эта старинная терминология сохранилась и в настоящее время. К истинным размерам звезд термин «звездная величина» (обозначается буквой m) отношения не имеет, она характеризует световой поток, приходящий на Землю от звезды. Принято, что при разности в одну звездную величину видимая яркость звезд отличается примерно в 2,5 раза. Тогда разность в 5 звездных величин соответствует различию в яркости ровно в 100 раз. Так, звезды 1-й величины в 100 раз ярче звезд б-й величины. Современные методы наблюдений дают возможность обнаружить звезды примерно до 25-й звездной величины.

Точные измерения показывают, что звезды имеют как дробные, так и отрицательные звездные величины, например: для Альдебарана звездная величина m=1,06, для Беги m=0,14, для Сириуса m= — 1,58, для Солнца m= -26,80.

3. Видимое суточное движение звезд. Небесная Сфера

Из-за осевого вращения Земли звезды нам кажутся перемещающимися по небу. Если стать лицом к южной стороне горизонта и наблюдать суточное движение звезд в средних широтах северного полушария Земли, то можно заметить, что звезды восходят на восточной стороне горизонта, поднимаются выше всего над южной стороной горизонта и заходят на западной стороне, т. е. они движутся слева направо, по ходу часовой стрелки (рис. 8). При внимательном наблюдении можно заметить, что Полярная звезда почти не меняет положения относительно горизонта. Все же другие звезды описывают в течение суток полные круги с центром вблизи Полярной. В этом можно легко убедиться, проделав в безлунную ночь следующий опыт. Фотоаппарат, установленный на «бесконечность», направим на Полярную звезду и надежно укрепим в этом положении. Откроем затвор при полностью открытом объективе на полчаса или час. Проявив полученный таким образом снимок, увидим на нем концентрические дуги — следы путей звезд (рис. 9). Общий центр этих дуг — точка, которая остается неподвижной при суточном движении звезд, условно называется северным полюсом мира. Полярная звезда к нему очень близка (рис. 10). Диаметрально противоположная ему точка называется южным полюсом мира. Для наблюдателя северного полушария Земли он находится под горизонтом.

Рис. 8. При суточном вращении неба звезды в восточной стороне неба перемещаются вправо и вверх

Рис. 9. Фотография околополярной области неба, снятая неподвижной камерой с экспозицией около часа

Рис. 10. Созвездия в окрестности Полярной звезды

Явления суточного движения звезд удобно изучать, воспользовавшись математическим построением — небесной сферой, т. е. воображаемой сферой произвольного радиуса, центр которой находится в точке наблюдения. На поверхность этой сферы проецируют видимые положения всех светил, а для удобства измерений строят ряд точек и линий (рис. 11). Так, отвесная линия ZCZ’, проходящая через наблюдателя, пересекает небо над головой в точке зенита Z. Диаметрально противоположная точка Z’ называется надиром. Плоскость (NESW), перпендикулярная отвесной линии ZZ’, является плоскостью горизонта — эта плоскость касается поверхности земного шара в точке, где расположен наблюдатель (точка С на рис. 12). Она делит поверхность небесной сферы на две полусферы: видимую, все точки которой находятся над горизонтом, и невидимую, точки которой лежат под горизонтом.

Рис. 11. Основные точки и линии небесной сферы

Рис. 12. Соотношение между линиями и плоскостями на небесной сфере и на земном шаре

Ось видимого вращения небесной сферы, соединяющую оба полюca мира (Р и Р’) и проходящую через наблюдателя (С), называют осью мира (рис. 11). Ось мира для любого наблюдателя всегда будет параллельна оси вращения Земли (рис. 12). На горизонте под северным полюсом мира лежит точка севера N (см. рис. 11 и 12), диаметрально противоположная ей точка S — точка юга. Линия NCS называется полуденной линией (рис. 11), так как вдоль нее на горизонтальной плоскости в полдень падает тень от вертикально поставленного стержня. (Как на местности провести полуденную линию и как по ней и по Полярной звезде ориентироваться по сторонам горизонта, вы изучали в. V классе в курсе физической географии.) Точки востока Е и запада W лежат на линии горизонта. Они отстоят от точек севера N и юга S на 90°. Через точку N, полосы мира, зенит Z и точку S проходит плоскость небесного меридиана (см. рис. 11), совпадающая для наблюдателя С с плоскостью его географического меридиана (см. рис. 12). Наконец, плоскость (QWQ’E), проходящая через центр сферы (точку С) перпендикулярно оси мира, образует плоскость небесного экватора, параллельную плоскости земного экватора (см. рис. 12). Небесный экватор делит поверхность небесной сферы на два полушария: северное с вершиной в северном полюсе мира и южное с вершиной в южном полюсе мира.

4. Звездные карты и небесные координаты

Чтобы сделать звездную карту, изображающую созвездия на плоскости, надо знать координаты звезд. Координаты звезд относительно горизонта, например высота, хотя и наглядны, но непригодны для составления карт, так как все время меняются. Надо использовать такую систему координат, которая вращалась бы вместе со звездным небом. Такой системой координат является экваториальная система, она так названа потому, что экватор служит той плоскостью, от которой и в которой производятся отсчеты координат. В этой системе одной координатой является угловое расстояние светила от небесного экватора, называемое склонением δ (рис. 13). Оно меняется в пределах ±90° и считается положительным к северу от экватора и отрицательным к югу. Склонение аналогично географической широте.

Рис. 13. Экваториальные координаты

Вторая координата аналогична географической долготе и называется прямым восхождением α.

Прямое восхождение светила М измеряется углом между плоскостями больших кругов, один проходит через полюсы мира и данное светило М, а другой — через полюсы мира и точку весеннего равноденствия , лежащую на экваторе (см. рис. 13). Так назвали эту точку потому, что в ней Солнце бывает (на небесной сфере) весной 20-21 марта, когда день равен ночи.

Прямое восхождение отсчитывают по дуге небесного экватора от точки весеннего равноденствия против хода часовой стрелки, если смотреть с северного полюса. Оно изменяется в пределах от 0 до 360° и называется прямым восхождением потому, что звезды, расположенные на небесном экваторе, восходят (и заходят) в порядке возрастания их прямого восхождения. Поскольку это явление связано с вращением Земли, то прямое восхождение принято выражать не в градусах, а в единицах времени. За 24 ч Земля (а нам кажется, что звезды) совершает один оборот — 360°. Следовательно, 360° соответствуют 24 ч, тогда 15°-1 ч, 1°-4 мин, 15′-1 мин, 15″-1 с. Например, 90° составляют 6 ч, а 7 ч 18 мин — 109°30′.

В единицах времени прямое восхождение обозначается на координатной сетке звездных карт, атласов и глобусов, в том числе и на карте, приложенной к учебнику и «Школьному астрономическому календарю».

Упражнение 1

1. Что характеризует звездная величина?

2. Есть ли различие между северным полюсом мира и точкой севера?

3. Выразите 9 ч 15 мин 11 с в градусной мере.

Задание 1

1. По приложению VII ознакомьтесь с обращением и монтажом подвижной карты звездного неба.

2. По таблице координат ярких звезд, данной в приложении IV, найдите на звездной карте некоторые из указанных звезд.

3. По карте отсчитайте координаты нескольких ярких звезд и проверьте себя, используя приложение IV.

Источник

Звездные координаты и экваториальные системы

Как известно, люди с древних времён использовали звездные координаты в своей повседневной жизни. Например, по светилам мореплаватели ориентировались в пространстве, да и не только они, начинались или заканчивались сельскохозяйственные работы и многое другое. Более того, создавались настоящие календари работ, где положение звезд, можно сказать, советовало и диктовало людям когда и чем заниматься.

Какие существуют звездные координаты и системы

Разумеется, с течением времени человек более или менее упорядочил информацию о светилах. В результате в астрономии существует несколько видов систематизации звёзд.

Горизонтальная или топоцентрическая система

Проще говоря, она отражает положение светил относительно земного горизонта. Если точнее, то показывает две звездные координаты:

1) Высота над горизонтом, имеющая угловое значение и измеряемая в градусах. Здесь важно понимать, что обозначает расположение объекта.
Во-первых, наивысшая точка — зенит (+90). Во-вторых, если звёздное тело лежит на линии горизонта, то значит имеет нулевое значение. И, в-третьих, прямо противоположное зениту положение-надир (-90), когда светило находится как будто прямо под наблюдателем.

2) Азимут — угловое значение между линиями, лежащими на горизонте, которые имеют направление на объект и на север.
Горизонтальную систему часто называют топоцентрической, поскольку данные звездные координаты связаны с какой-либо определённой точкой на земной поверхности.

Топоцентрическая система координат

Стоит отметить, что оба значения постоянно меняются, поэтому определять координаты звезд на звездной карте довольно проблематично.

Первая экваториальная система

В отличие от предыдущей, экваториальные координаты звезд связаны не только с земной поверхностью, но и со сферой неба. Более того, основной плоскостью выступает небесный экватор. Также имеет две основные звездные координаты:

1) Склонение, которое, к слову, относительно постоянно. Для его определения измеряют угол между экваториальной плоскостью и прямой линией, направленной на звезду.
Как оказалось, дуга круга склонения отсчитывается к северному полюсу мира от 0 до +90 градусов, а также к южному полюсу мира от 0 до -90 градусов.

Склонение

2) Часовой угол между небесным меридианом и линией, направленной на светило. Прежде всего, эта координата зависит от того, где и в какое время располагается наблюдатель.
А вот отсчёт часового угла ведётся в сторону суточного вращения неба от 0 до 360 градусов (в сторону запада).

Часовой угол на небесной сфере

Небесный меридиан — круг небесной сферы, проходящий сквозь зенит, полюс мира, южный полюс и надир.

Однако применение данной системы не совсем удобно для того, чтобы определять положение звезд.

Вторая экваториальная система

Вот её как раз применяют для определения звездных координат на небесной сфере. Хотя основной плоскостью также является экваториальная плоскость неба. Правда, одна из её координат точно такая же, как у первой системы. А именно склонение.
Собственно говоря, отличие заключается во втором значении положения светила. Она называется прямым восхождением и отражает угол между двумя линиями, расположенными на небесном экваторе, которые пересекаются там, где этот экватор пересекается с осью мира.

Ось мира

Таким образом получается, что первая линия тянется к точке весеннего равноденствия, а вторая к точке проекции звезды на экватор неба.

Прямое восхождение, точнее его угол, измеряется по экваториальной дуге. Причем обязательно по часовой стрелке. Что интересно, единицей измерения могут быть как градусы, так и минуты и часы. Один час равен 15 градусам.

Между прочим, во второй системе оси являются недвижимыми для удалённых объектов космоса.

Ось мира — это прямая, соответствующая географической земной оси, которая проходит сквозь небесный свод в Северном и Южном полюсах мира.

Эклиптическая система

Для того, чтобы определять координаты близких к Земле звезд на звездной карте неба, используют эклиптическую систему. Главным образом, она отличается от других способов тем, что за основную плоскость берут плоскость эклиптики. То есть область, где проходит земная орбита при вращении вокруг Солнца.

Звездные координаты эклиптической системы:

• Широта эклиптики-дуга круга широты, которая берёт начало от эклиптики и протянута до светила.
• Долгота эклиптики-дуга от точки весеннего равноденствия до круга широты звёзд.

Помимо того, что такой подход позволяет узнать положение ближайших космических тел, его использование показывает, где находится Земля относительно других астрономических объектов.

Эклиптика

Галактическая система

На самом деле, галактическая система координирования необходима при более масштабных поисках и расчётах. Поскольку ни один из перечисленных выше способов не актуален при определении расположения удалённых от нас космических объектов, к примеру галактик и туманностей.
Здесь, собственно говоря, основой выступает плоскость галактики Млечный Путь. А координирующими значениями являются галактические широта и долгота.

Млечный путь

Таблица экваториальные координаты звезд

Как вы понимаете, здесь важно отметить значения склонения и прямого восхождения светил. Например, возьмём несколько разных звёзд.

координаты некоторых звезд

Итак, для того, чтобы найти звезды, используют поиск по координатам. Ведь они как раз отражают местоположение тела на карте неба. Кроме того, для определения их положения также применяют координаты или определённую систему.

Как видно, звездные координаты указывают с помощью двух величин или дуг, которые характеризуют, где располагается звезда на небесной сфере. Помимо этого, можно выделить главные различия между каждой системой. В первую очередь, это выбор центральной плоскости. А во вторую очередь, отличие заключается в выборе начала отсчёта.

Стоит отметить, что карта неба не отражает расстояние до светил. А лишь указывает, где они находятся. Вероятно, по этой причине при ориентировании на местности удобно обращаться к светящимся космическим соседям. Что, собственно говоря, на протяжении многих лет и делали люди.

Источник