Видимое годовое движение солнца практическая работа

Тема 2.2. Годичное движение Солнца по небу. Эклиптика. Движение и фазы Луны.

2.2.1. Видимое годичное движение Солнца. Эклиптика.

Еще в глубокой древности, наблюдая за Солнцем, люди обнаружили, что его полуденная высота в течение года меняется, как меняется и вид звездного неба: в полночь над южной частью горизонта в различное время года видны звезды разных созвездий — те, которые видны летом, не видны зимой, и наоборот. На основе этих наблюдений был сделан вывод о том, что Солнце перемещается по небу, переходя из одного созвездия в другое, и завершает полный оборот в течение года. Круг небесной сферы, по которому происходит видимое годичное движение Солнца, назвали эклиптикой.

Эклиптика (др.-греч. ἔκλειψις — ‘затмение’) — большой круг небесной сферы, по которому происходит видимое годичное движение Солнца.

Созвездия, по которым проходит эклиптика, получили название зодиакальных (от греческого слова «зоон» — животное). Каждое зодиакальное созвездие Солнце пересекает примерно за месяц. В XX в. к их числу добавилось еще одно — Змееносец.

Как вы уже знаете, перемещение Солнца на фоне звезд — явление кажущееся. Происходит оно вследствие годичного обращения Земли вокруг Солнца.

Поэтому эклиптика представляет собой тот круг небесной сферы, по которому она пересекается с плоскостью земной орбиты. За сутки Земля проходит примерно 1/365 часть своей орбиты. Вследствие этого Солнце перемещается на небе примерно на 1° за каждые сутки. Промежуток времени, в течение которого оно обходит полный круг по небесной сфере, назвали годом.

Из курса географии вам известно, что ось вращения Земли наклонена к плоскости ее орбиты под углом 66°30′. Следовательно, земной экватор имеет по отношению к плоскости орбиты наклон, равный 23°30′. Таков наклон эклиптики к небесному экватору, который она пересекает в двух точках: весеннего и осеннего равноденствий.

В эти дни (обычно — 21 марта и 23 сентября) Солнце находится на небесном экваторе и имеет склонение 0°. Оба полушария Земли освещаются Солнцем одинаково: граница дня и ночи проходит точно через полюса, и день равен ночи во всех пунктах Земли. В день летнего солнцестояния (22 июня) Земля повернута к Солнцу своим Северным полушарием. Здесь стоит лето, на Северном полюсе — полярный день, а на остальной территории полушария дни длиннее ночи. В день летнего солнцестояния Солнце поднимается над плоскостью земного (и небесного) экватора на 23°30′. В день зимнего солнцестояния (22 декабря), когда Северное полушарие освещается хуже всего, Солнце находится ниже небесного экватора на такой же угол 23°30′.

♈- точка весеннего равноденствия. 21 марта (день равняется ночи ).
Координаты Солнца: α ¤=0ч, δ ¤=0о
Обозначения сохранилось со времен Гиппарха, когда эта точка находилась в созвездии ОВНА → сейчас находится в созвездии РЫБ, В 2602г перейдет в созвездие ВОДОЛЕЯ.

♋ — день летнего солнцестояния. 22 июня (самый длинный день и самая короткая ночь).
Координаты Солнца: α¤=6ч, ¤=+23о26′
Обозначение созвездия Рака сохранилось со времен Гиппарха, когда эта точка находилась в созвездии Близнецов, затем была в созвездии Рака, а с 1988г перешла в созвездие Тельца.

♎ — день осеннего равноденствия. 23 сентября (день равен ночи).
Координаты Солнца: α ¤=12ч, δ t size=»2″ ¤=0о
Обозначение созвездия Весы сохранилось как обозначение символа правосудия при императоре Августе (63г до НЭ — 14г НЭ), сейчас в созвездии Девы, а в 2442г перейдет в созвездие Льва.

♑ — день зимнего солнцестояния. 22 декабря (самый короткий день и самая длинная ночь).
Координаты Солнца: α¤=18ч, δ¤=-23о26′
Обозначение созвездия Козерог сохранилось со времен Гиппарха, когда эта точка находилась в созвездии Козерога, сейчас в созвездии Стрельца, а в 2272г перейдет в созвездие Змееносца.

В зависимости от положения Солнца на эклиптике меняется его высота над горизонтом в полдень — момент верхней кульминации. Измерив полуденную высоту Солнца и зная его склонение в этот день, можно вычислить географическую широту места наблюдения. Этот способ издавна использовался для определения местоположения наблюдателя на суше и на море.

Суточные пути Солнца в дни равноденствий и солнцестояний на полюсе Земли, на ее экваторе и в средних широтах показаны на рисунке.

Источник

Задание № 1. Системы координат. Видимое движение Солнца

Системы координат. Видимое движение Солнца

Цель: Практическое закрепление теории астрономических координат.

Методические указания: к выполнению практической работы следует приступить после изучения гл.1 (§ 1 -11) [1], § 10-17 [2] и стр.15-22 [3].

Исходные данные для выполнения задания и справочная информация приведены в приложении №1.

· Циркуль, линейка, цветные стержни.

1. Нарисовать основные точки, круги и линии небесной сферы. Изобразить небесную сферу в проекциях на плоскости небесного горизонта, небесного экватора и небесного меридиана.

2. Сделать чертежи горизонтальной и экваториальных систем координат. Нанести на них астрономический объект по заданным координатам своего варианта.

3. Нанести на чертеже небесной сферы точки, где находится Солнце в дни солнцестояний и равноденствий, а также примерное расположение Солнца на дату варианта.

Основные сведения из теории

Небесной сферой называется воображаемая сфера произвольного радиуса, в центре которой находится точка наблюдения. На эту сферу проектируются положения всех небесных тел. Расстояния на небесной сфере можно измерять только в угловых единицах (например, в градусах). Для этого на ее поверхности наносятся основные линии и точки, по отношению к которым производятся измерения.

Наблюдаемое суточное вращение небесной сферы ( оно происходит с востока на запад) — кажущееся явление, отражающее действительное вращение земного шара вокруг своей оси ( с запада на восток). Ось видимого вращения небесной сферы называется осью мира. Она проходит через центр сферы и пересекает ее в точках P (северный полюс мира) и P¢ (южный полюс мира) (рис.1.1). Вблизи северного полюса мира в настоящее время находится a Малой Медведицы — Полярная звезда. Ось мира параллельна земной оси. Плоскость, перпендикулярная оси мира, проходящая через центр сферы, пересекается с ней по большому кругу (QWQ¢Е)- небесному экватору. Плоскость небесного экватора параллельна плоскости земного экватора.

Отвесная ( вертикальная) линия ZZ¢ проходит через центр небесной сферы, пересекает ее в точках зенита (Z) и надира (Z¢). Отвесная линия направлена вдоль вектора силы тяжести в точке наблюдения. Плоскость, проходящая через центр сферы и проведенная перпендикулярно отвесной линии, — математический или истинный горизонт.

Плоскость, содержащая отвесную линию и ось мира, называется плоскостью небесного меридиана,которая в сечении с небесной сферой дает круг — небесный меридиан PZQSP¢Z¢Q¢N. Пересечение горизонта с меридианом происходит в точках

Рис. 1.1.Основные линии и точки небесной сферы.

юга (S) и севера (N), а плоскости этих кругов пересекаются по полуденной линии (NS). Отвесная линия перпендикулярна полуденной линии. Небесный экватор пересекается с истинным горизонтом в точках востока (Е) и запада (W). Вертикальная плоскость, перпендикулярная к плоскости меридиана и горизонта, называется плоскостью первого вертикала и пересекается с горизонтом в точках Е и W. Большой полукруг небесной сферы, проходящий через зенит, надир и точку, в которой в данный момент находится светило, называется вертикалом или кругом высоты. Большой круг небесной сферы, проходящий через полюсы мира и наблюдаемое светило, называется кругом склонения.

Угол наклона оси мира к горизонту равен географической широте (j) места наблюдения (т. е. высота полюса мира hp над горизонтом равна географической широте j места наблюдения, hp=j).

Небесный меридиан делит сферу на два полушария (восточное и западное). Математический горизонт SWNE делит поверхность небесной сферы на две:

· видимую для наблюдателя, с вершиной в зените Z;

· невидимую, с вершиной в надире Z¢.

Небесный экватор делит небо на северное полушарие и южное.

Большой круг небесной сферы, по которому в течении года перемещается центр Солнца называется эклиптикой (рис.1.2). Эклиптика проходит через тринадцать созвездий, расположенных в пределах пояса шириной примерно 16°.Эклиптика пересекается с экватором под углом e»230,5 в точках весеннего и осеннего равноденствия. Точка весеннего равноденствия обозначается g и находится в настоящее время в созвездии Рыб, точка осеннего равноденствия обозначается d и находится в настоящее время в созвездии Девы.

Рис.1.2. Экватор и эклиптика

При вращении небесной сферы положение эклиптики относительно горизонта меняется, в противоположность всем остальным перечисленным линиям небесной сферы.

Положения светил на небесной сфере определяются двумя сферическими координатами. Наиболее часто в астрономии используются три системы небесных координат:

Горизонтальная система координат

Положение светила s относительно горизонта и небесного меридиана определяется двумя координатами: высотой (h) и азимутом (А), которые называются горизонтальными ( рис.1.3). Высота светила — это дуга вертикального круга Мs от горизонта до светила, или центральный угол МОs между плоскостью горизонта и направлением на светило. Астрономический азимут светила определяет положение вертикального круга — дуга математического горизонта SM от точки юга S (по часовой стрелке) вдоль горизонта до его пересечения с кругом высоты, проходящим через светило, или двугранный угол SOM между плоскоскостью небесного меридиана и плоскостью вертикального круга, проходящего через светило. Вместо высоты h часто употребляют зенитное расстояние z, равное 900-h, т. е. угловое расстояние светила от зенита. Зенитное расстояние или высота и азимут зависят от широты места и от момента наблюдения. Они измеряются в пределах: -900 £ h £ +900, 00 £ z £ 1800, 00 £ A£ 3600.

Горизонтальная система координат используется при наблюдениях в геодезии, геодезической астрономии и при ориентировании геодезических инструментов.

Рис.1.3. Горизонтальная система координат

Первая экваториальная система координат

Склонение светила d — дуга Мs от небесного экватора до светила вдоль круга склонения или центральный угол МОs между плоскостью небесного экватора и направлением на светило. Склонение выражается в градусах, минутах и секундах. В северном полушарии неба склонение положительно, в южном – отрицательно. Часовой угол t отсчитывается от точки Q пересечения экватора с меридианом по часовой стрелке (к западу) до пересечения экватора с кругом склонения, проходящим через светило ( рис.1.4). Часовой угол выражается в часовой мере и зависит от времени наблюдения. Исходя из того, что 24ч=3600: 1ч=150; 1м=15’; 1с=15’’; 10=4м. Склонение и часовой угол измеряются в пределах: 0h £ t £ 24h, -900 £ d £+900. Данная система координат используется при построении систем измерения времени.

s

Рис.1.4. Первая экваториальная система координат

Вторая экваториальная система координат

Склонение светила d — та же координата, что и в первой экваториальой системе координат. Прямое восхождение a отсчитывается от точки весеннего равноденствия g против хода часовой стрелки вдоль экватора до его пересечения с кругом склонения, проходящим через светило. Оно выражается обычно в часовой мере. Во второй экваториальной системе координат (d и a) положение светила не зависит ни от суточного вращения небесной сферы, ни от места наблюдения. Склонение ипрямое восхождение измеряются в пределах: 0h £ a £ 24h, -900 £ d £+900.

Рис.1 5. Вторая экваториальная система координат

Данная система координат используется при составлении каталогов координат светил.

Видимое движение Солнца.

Под видимым перемещение по небесной сфере относительно системы координат, движением небесных тел подразумевают обычно их наблюдаемое с Земли освобожденной от суточного вращения ( например, экваториальной системы (a, d)). В течение года Солнце перемещается среди звезд все время с запада на восток по эклиптике. Перемещение Солнца по эклиптике неравномерное; годичного движения Солнца:

21 марта: день весеннего наиболее быстрое ( около 1°7¢ в сутки) в первых числах января и наиболее медленное ( около 57¢ в сутки) в первых числах июля.

Главные даты равноденствия . Координаты центра Солнца a=0h, d=0°. Солнце пересекает экватор в точке g, переходя из южной полусферы в северную. Долгота дня равна долготе ночи на всем земном шаре.

22 июня: день летнего солнцестояния. Координаты центра Солнца — a=6h, d=e»+23°,5. Солнце на максимальном удалении от небесного экватора и находится в зените в полдень на широте φ=23,5º с. ш. (тропик Рака). В северном полушарии самый длинный день и самая короткая ночь. В южном полушарии — наоборот. Полярный день и полярная ночь с широты φ=66,5º (φ=90º-23,5º=66,5º) северной и южной широты соответственно.

23 сентября: день осеннего равноденствия. Координаты центра Солнца — a=12h, d=0°. Солнце пересекает экватор, переходя из северной полусферы в южную и находится в зените в полдень на экваторе. Долгота дня равна долготе ночи на всем земном шаре.

22 декабря: день зимнего солнцестояния. Координаты центра Солнца — a=18h, d =-e» »-23°,5. Солнце на максимальном удалении от небесного экватора и находится в зените на широте φ=23,5º ю. ш. (тропик Козерога). В южном полушарии самый длинный день и самая короткая ночь. В северном полушарии — наоборот. Полярный день и полярная ночь с широты φ=66,5º (φ=90º-23,5º=66,5º) южной и северной широты соответственно.

Пример выполнения работы

1. Задание 1 выполняется самостоятельно.

2. а) Горизонтальная система координат.

А= 400; Z=500

Рис.1.8. Горизонтальная система координат.

б) Первая экваториальная система координат.

d=+ 400; t= 4h = 600.

Рис.1.9. Первая экваториальная система координат.

в) Вторая экваториальная система координат.

d= — 400; a= 4h =600.

Р ‘

Рис. 1.10. Вторая экваториальная система координат.

1. Что такое Зодиак? Перечислите названия двенадцати зодиакальных созвездий.

2. Где наблюдется Полярная звезда, если набдюдатель находится : на экваторе; на Северном полюсе; на широте города Новосибирска?

3. Почему в разное время года на небе появляются разные созвездия?

Перечислить созвездия летнего, зимнего, весеннего и осеннего неба (в северном полушарии на средних широтах).

4. Что такое нижняя и верхняя кульминация светила? Дайте определения восходящим и заходящим светилам, незаходящим, невосходящим.

5. Чем замечательны дни равноденствий и солнцестояний?

Источник