Небесная сфера. Ориентация на небе

При взгляде на небо кажется, что звезды, Солнце, Луна и другие небесные объекты расположены на внутренней поверхности гигантской, вращающейся в западном направлении небесной сфере. В античные времена небесная сфера считалась реальностью, и, хотя теперь хорошо известно, что такое представление ошибочно, оно оказалось удобным для описания звездного неба. Подобно тому как географические координаты - широта и долгота-используются для определения местоположения на поверхности Земли, небесные координаты характеризуют положение звезд на небесной сфере: Северный и Южный полюсы мира находятся как бы в точках пересечения продолжения оси вращения Земли с небесной сферой, а небесный экватор-линия пересечения плоскости земного экватора с небесной сферой.

Вид звездного неба с Земли

Вид звездного неба зависит от положения наблюдателя на поверхности Земли. На Северном полюсе наблюдению доступно только северное полушарие небесной сферы, т. е. половина всех звезд; аналогичная картина открывается взору наблюдателя на Южном полюсе. Но в том и другом случаях доступные наблюдению звезды видны лишь тогда, когда Солнце находится под горизонтом. Звезды вместе с небесной сферой вращаются вокруг соответствующего полюса мира, который расположен прямо над головой-в зените Яркая Полярная звезда (а Малой Медведицы) находится вблизи Северного полюса мира, положение же Южного полюса мира, к сожалению, не отмечено никакой яркой звездой.

На других географических широтах наблюдаемы звезды как Северного, так и Южного полушарий небесной сферы. Например, если смотреть из точки, лежащей на широте 45" с. ш., то Полярная звезда видна под углом 45" к горизонту; в поле зрения попадают и многие южные звезды. Однако в данном случае над горизонтом остаются все время только звезды, лежащие в пределах 45° в окрестности полюса мира. Эти околополярные незаходящие звезды можно видеть в любую ясную ночь. Условия наблюдения остальных звезд восходящих и заходящих - в течение ночи медленно изменяются в зависимости от сезона. Теоретически любой наблюдатель на экваторе мог бы видеть оба полюса и все звезды на небе (хотя в каждый данный момент только половину звезд), но практически влияние рефракции и поглощения света осложняет картину.

Для любого наблюдателя наиболее важной линией на небесной сфере является небесный меридиан - окружность большого круга небесной сферы, проходящая по всему небу через Северный и Южный полюсы мира и точку зенита: он проходит также через надир - точку, расположенную прямо «под ногами» наблюдателя. Небесный меридиан можно рассматривать как аналог земного меридиана, соответствующего долготе местоположения наблюдателя. Когда небесные объекты пересекают эту линию, тянущуюся с севера на юг, говорят, что они проходят через меридиан. (Для наблюдения прохождений светил через небесный меридиан используют установленные в его плоскости телескопы, которые называют пассажными инструментами.) Достигая своей максимальной высоты при пересечении небесного меридиана, объект, как принято говорить, кульминирует. Околополярные незаходящие звезды пересекают небесный меридиан дважды: над полюсом мира и под ним. Эти явления соответственно называют верхней и нижней кульминацией.

Рис. 1. Широта светила измеряется дугой, перпендикулярной плоскости горизонта; азимут отсчитывается от точки севера в восточном направлении вдоль горизонта.

Рис. 2. Угловое расстояние между двумя объектами можно оценить приблизительно, сравнивая его с расстоянием между пальцами вытянутой руки.

Поскольку небо представляет собой сферу, в центре которой находится наблюдатель, все расстояния между небесными светилами измеряются в углах; при этом полный круг соответствует 360°. Такие измерения весьма полезны, даже если они сделаны приближенно. Если же положение какого-либо небесного объекта относительно горизонта нужно знать точно, то используется прямоугольная система координат, в которой местоположение характеризуется высотой н азимутом. Для этих целей может служить астрокомпас. Астроном-любитель без особого труда может сам изготовить прибор, который во многих случаях вполне пригоден для измерения этих координат с достаточной точностью.

Изменение вида звездного неба в течение года

Период вращения Земли вокруг оси, измеренный относительно звезд и поэтому получивший название звездные (или сидерические) сутки, примерно на 4 мин короче средних солнечных суток - периода вращения Земли вокруг своей оси, измеренного относительно Солнца. Это отличие обусловлено движением Земли вокруг Солнца. Так как время, по которому мы живем, т.е. обычное гражданское время, связано со средними солнечными сутками, моменты восхода и захода звезд, измеренные по этому времени, сдвигаются каждый день на 4 мин вперед по сравнению с предыдущими сутками: звезды как бы медленно перемещаются по ночному небу в западном направлении. Временами они подходят так близко к Солнцу, что становятся невидимыми-наступает вынужденный сезонный перерыв в наблюдении этих объектов.

Известно, что звезды действительно совершают собственные движения в пространстве, меняя свое положение относительно друг друга. Однако звезды расположены столь далеко от нас, что любые изменения в их положении становятся заметными невооруженному глазу через столетия. Благодаря этому обстоятельству мы можем говорить о движении Солнца, Луны, планет и других небесных тел относительно «неподвижных» звезд. Большой круг небесной сферы, по которому Солнце совершает свой путь среди звезд в течение года, называется эклептикой. Плоскость эклиптижи наклонена пол углом 23,5° к земному и небесному экваторам; это объясняется тем, что наклон оси врещения Земли я эклиптике составляет 66,5°. Именно по этой причине высота Солнца над горизонтом меняется в течение гола и происходит смена времен года. Пути Луны и больших планет Солнечной системы проходят в пределах области небесной сферы шириной 8°, лежащей по обе стороны от эклиптики. Древние наблюдатели выделили в полосе шириной около 16", тянущейся вдоль эклиптики, 12 зодиакальных созвездий, которым астрологи придавали особое значение. По прошествии многих веков вследствие прецессии положение основных точек эклиптики среди окружающих звезд изменилось. Солнце и планеты могут появиться и в созвездии Змееносца (Ophiuchus); это созвездие, получившее свое название в античные времена, не включено в число зодиакальных. Современные астрономы считают астрологию и «звездные знаки» не более чем религиозными предрассудками и суевериями. Но древние знаки Зодиака используются до сих пор для обозначения зодиакальных созвездий, например знаком созвездия Овен (Aries) обозначается одна из двух важнейших точек небесной сферы, в которых эклиптика пересекает небесный экватор.

Перевод небесных координат в угловую меру